题目内容
哥本哈根气候变化峰会自2009年12月7日开幕以来，就被冠以“有史以来最重要的会议”、“改变地球命运的会议”等各种重量级头衔．纵然世界各国仍就减排问题进行着艰苦的角力，但低碳这个概念几乎得到了广泛认同．中国慈善首富陈光标2010年11月5号创作的低碳之歌--《让我们再回到从前》让低碳概念融入到每个人的生活之中，减碳是每个人的责任．新能源开发中的燃料电池是低碳研究的重要领域．（1）可燃性的有机物和氧气在理论上都可以作为燃料电池中的反应物，现以CxHyOz表示燃料电池中的有机反应物，O2为正极反应物，40%的KOH溶液为电解质溶液，请写出CxHyOz-O2-KOH燃料电池的负极的电极反应式：
（2）茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池（DDFC），该电池有较高的安全性．电池总反应为：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O，电池示意如右图，下列说法不正确的是：
A．a极为电池的负极
B．电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极
C．电池正极的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-
D．电池工作时，1mol二甲醚被氧化时有6mol电子转移
（3）若用C3H8-O2-KOH构成燃料电池，当有11克丙烷在电池的负极完全反应，则在电池的外电路上转移的电子的物质的量为
（4）将一定数量的C3H8-O2-KOH燃料电池按一定方式进行串联或者并联组成电池组以满足电解需要的电压．现用该电池组电解500mL某CuSO4的稀溶液，电解后的溶液需要加入98克Cu（OH）2才能使溶液恢复到原硫酸铜溶液的浓度和质量．若忽略电池组在电解过程中的能量损失，其能量全部用来电解CuSO4溶液，计算：
①原CuSO4的溶液的浓度．
②该电池组消耗的丙烷在标准状况时的体积．
分析：（1）燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应；
（2）A、燃料电池中，通入燃料的电极是负极；
B、电池工作时电流由正极沿导线到负极；
C、燃料电池中，通入燃料的电极是正极；
D．根据电池反应来确定电子转移的数目．
（3）根据丙烷燃烧的化学方程式和热化学方程式的含义来回答；
（4）根据反应2CuSO4+2H2O
2Cu↓+O2↑+2H2SO4，电解后的溶液要复原原则是：出什么加什么，需要加入98克Cu（OH）2才能使溶液恢复到原硫酸铜溶液的浓度和质量，说明原溶液中1molCuSO4溶质电解完后，生成的H2SO4溶液发生了电解，即有1molH2O发生了电解，进而确定转移电子的数目，确定CuSO4的溶液的浓度，根据电子守恒来确定该电池组消耗的丙烷的体积．
（2）A、燃料电池中，通入燃料的电极是负极；
B、电池工作时电流由正极沿导线到负极；
C、燃料电池中，通入燃料的电极是正极；
D．根据电池反应来确定电子转移的数目．
（3）根据丙烷燃烧的化学方程式和热化学方程式的含义来回答；
（4）根据反应2CuSO4+2H2O
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解答：解：（1）在燃料电池中，正极上是氧气发生得电子的反应还原反应，O2+2H2O+4e-=4OH-，负极是燃料CxHyOz发生失电子的氧化反应，正极加上负极反应即为总的燃料燃烧反应方程式，负极反应等于总反应减去正极反应，即CxHyOz+（6x+y-2z）OH--（4x+y-2z）e-=xCO32-+（3x+y-z）H2O，
故答案为：CxHyOz+（6x+y-2z）OH--（4x+y-2z）e-=xCO32-+（3x+y-z）H2O；
（2）A、燃料电池中，通入燃料二甲醚的电极a是负极，故A正确；
B、电池工作时电流由正极b沿导线到负极a，故B正确；
C、燃料电池中，通入氧气的电极是正极，在酸性环境下的电极反应为：O2+4OH-+4e-=2H2O，故C错误；
D．根据电池反应CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O可知道电子转移的数目是12，故D错误．
故选CD；
（3）根据丙烷燃烧的化学方程式：C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）可知，当消耗44g丙烷时，转移电子的物质的量是20mol，所以当有11克丙烷在电池的负极完全反应，则在电池的外电路上转移的电子的物质的量为5mol，1molCO2与足量KOH溶液反应放出的热量为B KJ，则3molCO2与足量KOH溶液反应放出的热量为3B KJ，当有11克丙烷在电池的负极完全反应的过程中放出的总能量为A KJ，所以C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）放出的热量是（4A-3B）KJ，即C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol，故答案为：5；C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol；
（4）①CuSO4溶液发生电解的方程式为：2CuSO4+2H2O
2Cu↓+O2↑+2H2SO4，离开反应体系的相当于是CuO，现在要加入98克（1mol）Cu（OH）2才能使溶液恢复到原硫酸铜溶液的浓度和质量，说明原溶液中1molCuSO4溶质电解完后，生成的H2SO4溶液发生了电解，即有1molH2O发生了电解，转移的电子总数为4mol，当转移4mol电子时，根据Cu2++2e-=Cu得知铜离子的物质的量为2mol，所以原CuSO4的溶液的浓度c=
=4mol/L，答：原CuSO4的溶液的浓度4mol/L；
②根据丙烷燃烧的化学方程式：C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）可知，当消耗44g丙烷时，转移电子的物质的量是20mol，即C3H8～20e-，当转移4mol电子时，消耗丙烷的量是0.2mol，体积是0.2mol×22.4L/mol=44.8L，答：该电池组消耗的丙烷在标准状况时的体积为44.8L．
故答案为：CxHyOz+（6x+y-2z）OH--（4x+y-2z）e-=xCO32-+（3x+y-z）H2O；
（2）A、燃料电池中，通入燃料二甲醚的电极a是负极，故A正确；
B、电池工作时电流由正极b沿导线到负极a，故B正确；
C、燃料电池中，通入氧气的电极是正极，在酸性环境下的电极反应为：O2+4OH-+4e-=2H2O，故C错误；
D．根据电池反应CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O可知道电子转移的数目是12，故D错误．
故选CD；
（3）根据丙烷燃烧的化学方程式：C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）可知，当消耗44g丙烷时，转移电子的物质的量是20mol，所以当有11克丙烷在电池的负极完全反应，则在电池的外电路上转移的电子的物质的量为5mol，1molCO2与足量KOH溶液反应放出的热量为B KJ，则3molCO2与足量KOH溶液反应放出的热量为3B KJ，当有11克丙烷在电池的负极完全反应的过程中放出的总能量为A KJ，所以C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）放出的热量是（4A-3B）KJ，即C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol，故答案为：5；C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol；
（4）①CuSO4溶液发生电解的方程式为：2CuSO4+2H2O
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| 2mol |
| 0.5L |
②根据丙烷燃烧的化学方程式：C3H8（g）+5O2（g）=3 CO2（g）+4H2O（l）可知，当消耗44g丙烷时，转移电子的物质的量是20mol，即C3H8～20e-，当转移4mol电子时，消耗丙烷的量是0.2mol，体积是0.2mol×22.4L/mol=44.8L，答：该电池组消耗的丙烷在标准状况时的体积为44.8L．
点评：本题是一道综合知识题目，考查角度广，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度很大．
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