Question

与甲醇燃料电池相比，乙醇燃料电池具有毒性低、理论能量密度高等优点，因此被广泛认为是更有前途的燃料电池．如图是一个乙醇燃料电池工作时的示意图．乙池中的两个电极均为石墨电极，乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO₄溶液．请回答下列问题：
（1）甲池中O₂所在电极为

 

极，乙池中M为

 

极
（2）N的电极反应式为

 

．
（3）在此过程中，乙池中某一电极析出金属铜6.4g时，甲池中理论上消耗氧气为

 

升（标准状况下）．
（4）在此过程中，若乙池中两电极产生的气体恰好相等时（假设标准状况下），理论上需通入

 

克乙醇．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）燃料电池中氧气为正极反应物，燃料为负极反应物，与原电池的负极相连为阴极；
（2）电解池中，和电源的正极相连的是阳极，该极上发生氧化反应，和电源的负极相连的是阴极，该极上发生得电子的还原反应；
（3）根据电极反应式结合电子守恒来计算；
（4）根据电极反应式结合电子守恒来计算．

解答： 解：（1）燃料电池中氧气为正极反应物，燃料为负极反应物，与原电池的负极相连为阴极，则M与负极相连为阴极；
故答案为：正；阴；
（2）燃料电池的正极上是氧气发生得电子的还原反应，电解池中，和电源的正极相连的是阳极，该极上发生氧化反应，所以N是阳极，该极上电极反应为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，故答案为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
（3）乙池中M电极析出金属铜6.4g，根据电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，析出金属铜6.4g即0.1mol，转移电子的物质的量是0.2mol，在燃料电池的正极上发生电极反应：
O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，当转移电子的物质的量是0.2mol时，消耗氧气的物质的量是0.05mol，体积是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案为：1.12；
（3）乙池中发生的反应分别是：阳极上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，阴极上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol?L^-1的CuSO₄溶液中铜离子物质的量是：0.3mol，铜离子得电子的是0.6mol，若两电极产生的气体恰好相等时（假设标准状况下），设均为nmol，则2n+0.6=4n，解得n=0.3，即装置在转移电子的物质的量是1.2mol，乙醇燃料电池的负极上发生反应：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，当转移电子是1.2mol，消耗乙醇的物质的量是0.1mol，质量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案为：4.6．

点评：本题考查了原电池原理和电解池原理的应用，注意根据串联电路中转移的电子的物质的量相等结合电极方程式计算分析，题目难度中等．