Question

18．Ⅰ．摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可以连续使用一个月．已知该电池的总反应式为：2CH₃OH+3O₂+4KOH$?_{充电}^{放电}$2K₂CO₃+6H₂O


请填空：
（1）放电时：负极的电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
Ⅱ．如图1所示，A为电源，B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO₄溶液，C、D为电解槽，其电极材料及电解质溶液见图2．
（1）关闭K₁，打开K₂，通电后，B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，则电源b端为负极，通电一段时间后，观察到滤纸d端的电极反应式是：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）已知C装置中溶液为Cu（NO₃）₂和X（NO₃）₃，且均为0.1mol，打开K₁，关闭K₂，通电一段时间后，阴极析出固体质量m（g）与通过电子的物质的量n（mol）关系如右图所示．则Cu²⁺、X³⁺、H⁺氧化能力由大到小的顺序是Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；D装置中溶液是H₂SO₄，则电极C端的实验现象是：在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）原电池中负极上燃料失电子，碱性条件下，CH₃OH反应生成碳酸根离子；
Ⅱ．（1）关闭K₁，打开K₂，为电解饱和食盐水装置，通电后，B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，根据电解池工作原理可知阴离子向阳极移动判断电源的正负极并书写d端的电极反应式；
（2）打开K₁，关闭K₂，则为电解C、D两池，根据电解C的图象可知，开始即析出固体，总共0.2mol电子通过时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜，此后，继续有电子通过，不再有固体析出，说明X³⁺不放电，H⁺放电，从而判断离子氧化性；D装置中溶液是H₂SO₄，电极C端与b负极相连即为阴极，开始氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出，据此分析

解答 解：Ⅰ．（1）原电池放电时，甲醇失电子被氧化，应为电池负极反应，其电极反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ．（1）据题意B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，说明高锰酸根离子向c端移动，可推出极c端为阳极，则与之相连的电源a端为正极，b端为负极，所以通电滤纸d端为阴极，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：负；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）根据电解C的图象可知，通电后就有固体生成，当通过电子为0.2mol时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜．如果是X³⁺析出，电子数应该是0.3mol，则氧化能力为Cu²⁺＞X³⁺，当电子超过0.2mol时，固体质量没变，说明这是阴极产生的是氢气，即电解水，说明氧化能力H⁺＞X³⁺，故氧化能力为Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；
D装置中溶液是H₂SO₄，电极C端与b负极相连即为阴极，开始为氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出，所以看到的现象为在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出；故答案为：Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出．

点评 本题综合考查电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力，根据KMnO₄紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键，注意电极方程式的判断，为易错点，题目难度中等．