Question

燃料电池具有广阔的发展前途，科学家近年研制出一种微型的燃料电池，采用甲醇取代氢气做燃料可以简化电池设计，该电池有望取代传统电池．某学生在实验室利用碱性甲醇燃料电池电解Na₂SO₄溶液．

请根据图示回答下列问题：

（1）图中a电极是_____________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)．该电极上发生的电极反应式为__________________．

（2）碱性条件下，通入甲醇的一极发生的电极反应式为________________．

（3）当消耗3.36 L氧气时(已折合为标准状况)，理论上电解Na₂SO₄溶液生成气体的总物质的量是____________mol．

（4）若a、b电极材料分别为铁和石墨，则电解总反应化学方程式为____________

Answer

（1）阳极；4OH--4e-→O2+2H2O

（2）CH3OH－6e-+8OH-＝CO32-+6H2O

（3）0.45（4）2Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑

【解析】

试题分析：（1）燃料电池中，通入燃料甲醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，电解池中，和电源负极相连的极b是阴极，和电源正极相连的a极是阳极，电解硫酸钠溶液，在阳极上是氢氧根离子发生失电子的氧化反应，该电极上发生的电极反应式为：4OH--4e-＝O2↑+2H2O。

（2）燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，装置中存在质子交换膜，则电极反应为：CH3OH－6e- +8OH-＝CO32- + 6H2O。

（3）氧气在燃料电池的正极上通入，正极反应：O2+4H++4e－＝2H2O，当消耗3.36L即0.15mol氧气时（已折合为标准状况），转移电子的量是0.15mol×4＝0.6mol，电解Na2SO4溶液的实质是电解水，根据电解方程式：2H2O2H2↑+O2↑，转移电子的量是0.6mol时，生成气体的物质的量是0.45mol。

（4）若a、b电极材料分别为铁和石墨，铁失去电子，阴极石墨上氢离子放电，则电解总反应化学方程式为2Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑。

【考点定位】考查电化学原理的应用

【名师点晴】掌握电化学原理是解答的关键，注意电子得失守恒的灵活应用。注意：①根据电子守恒计算：用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。③根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。例如：， (式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。