Question

【题目】电化学在我们的生产生活中占有越来越重要的地位。

（1）①燃料电池是一种绿色环保、高效的化学电源。上图为甲醇燃料电池，则负极反应式为____。

②用甲醇燃料电池电解300mL饱和食盐水，则电解的化学方程式为_________。电解一段时间后，当溶液的pH值为13时，消耗O2的质量为______g。（忽略溶液体积变化，不考虑损耗）

③用甲醇燃料电池电解2L，1mol/L硫酸铜溶液，一段时间后：两极共收集到标准状况下的气体89.6L，则电路中共转移_______mol电子。

（2）利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O72-废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。

①甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用，则石墨Ⅱ附近发生的电极反应式为__。

②向完全还原为Cr3+的乙池工业废水中滴加NaOH溶液，可将铬以Cr（OH）3沉淀的形式除去，已知Cr（OH）3存在以下溶解平衡：Cr（OH）3（s） Cr3+（aq）+3OH-（aq），常温下Cr（OH）3的溶度积Ksp=c（Cr3+）c3（OH-）=1.0×10-32，要使c（Cr3+）降至10-5molL-1，溶液的pH应调至________。

Answer 1

【答案】CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 0.24g 8 O2+4e-+2N2O5=4NO3- 5

【解析】

(1) ①以KOH溶液作电解质溶液，甲醇燃料电池总反应式为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，分析反应中元素化合价变化可确定CH3OH通入的一极为负极，据此写电极反应式。

②甲醇燃料电池总反应式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，电解饱和食盐水总反应式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，分析两个反应中的电子转移数目，结合甲醇燃料电池与电解池电子得失守恒找出关系式解答。

③根据电解硫酸铜的反应式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4可确定一定量CuSO4电解产生的气体物质的量，可判断CuSO4电解完全后还有部分水被电解，以此分析解答。

(2) ①根据图示NO2转化为N2O5，由氮元素化合价的变化确定石墨I为负极，电解质为熔融KNO3，通入O2和N2O5一极转化为NO3-，确定石墨II为正极，再写电极反应式。

②Cr(OH)3沉淀完全时溶液中离子浓度有溶度积关系：c(Cr3+)·c3(OH-)=Ksp，再结合水的离子积常数计算溶液中pH。

(1) ①图示为甲醇燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，电池总反应为2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，CH3OH中碳元素化合价由-2价升高到CO32-中的+4价，失去电子，所以通入CH3OH的一极为负极，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

②电解饱和食盐水时生成NaOH和Cl2、H2，其化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。电解一段时间后溶液中的c(H+)=10-13mol/L，则电解生成NaOH的物质的量浓度c(NaOH)=c(OH-)===0.1mol/L，即生成NaOH的物质的量n(NaOH)=0.3L×0.1mol/L=0.03mol，根据甲醇燃料电池与电解池电子得失守恒有：CH3OH~O2~6e-~6NaOH，则消耗O2质量m(O2)=·n(NaOH)·M(O2)=×0.03mol×32g/mol=0.24g。

③2L溶液中硫酸铜物质的量n(CuSO4)=2L×1mol/L=2mol，两极共收集气体物质的量==4mol，根据电解反应方程式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4知2molCuSO4完全电解只能生成1molO2（小于4mol）；说明后来电解水：2H2O2H2↑+O2↑，电解水生成的气体物质的量为4mol-1mol=3mol。分析两步电解方程式可知：电解2molCuSO4转移4mole-，电解水时生成3mol气体转移4mole-，所以电路中共转移电子物质的量=4mole-+4mole-=8mole-，即8mol电子。

(2) ①甲池为NO2、O2和熔融KNO3组成的燃料电池，由图示知电池工作时通入NO2的一极产生N2O5，氮元素的化合价由+4价升高到+5价，失去电子，故石墨I作负极，所以石墨II作正极；且电解质是熔融KNO3，所以通入O2和N2O5转化为NO3-，则石墨Ⅱ附近发生的电极反应为O2+4e-+2N2O5=4NO3-。

②要使c(Cr3+)降至10-5molL-1，则此时溶液中c(OH-)===10-9mol/L，c(H+)===10-5mol/L，pH=-lg10-5=5，即溶液的pH应调至5。