Question

5．Ⅰ．甲烷-空气燃料电池若以KOH溶液为电解质溶液，负极的电极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；若以稀硫酸为电解质溶液，正极的电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
Ⅱ．现有纯铁片、纯银片、纯铜片，稀硫酸、FeSO₄ 溶液、Fe₂（SO₄）₃溶液、大烧杯、导线若干，请运用原电池原理设计实验，验证Cu²⁺、Fe³⁺的氧化性强弱．
（1）写出电极反应式，负极：Cu-2e^-=Cu²⁺，正极：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．
（2）请在下面方框中画出原电池的装置图，标出外电路电子流向（注明电极材料、电解质溶液，连成闭合回路）．

（3）该装置反应一段时间后，当溶液的质量增加3.2g时，通过导线的电子的数目是0.1mol．

Answer 1

分析 Ⅰ．甲烷燃料电池中，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应，注意电解质环境决定方程式的书写；
Ⅱ．Fe³⁺氧化性比Cu²⁺强，可发生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，反应中Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为碳棒或不如Cu活泼的金属，电解质溶液为氯化铁溶液，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，以此解答该题．

解答 解：Ⅰ．若电解质溶液为KOH溶液，负极上投放燃料甲烷，发生失电子发生氧化反应：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，若以稀硫酸为电解质溶液，正极上投放氧气，发生得电子的还原反应：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
Ⅱ．（1）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺强，可发生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，为原电池的负极，负极反应为Cu-2e^-=Cu²⁺，正极Fe³⁺被还原，电极方程式为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
（2）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺强，可发生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，为原电池的负极，正极Fe³⁺被还原，正极可为碳棒，电解质溶液为氯化铁，
则原电池装置图可设计为，电子从铜极流向碳极，故答案为：；
（3）该装置反应一段时间后，当溶液的质量增加3.2g时，即消耗的金属铜质量是3.2g即0.05mol，根据负极反应Cu-2e^-=Cu²⁺，电子转移0.1mol，故答案为：0.1mol．

点评 本题考查了化学电源新型电池，根据得失电子确定正负极上通入的气体，难点是电极反应式的书写，注意碱性条件下甲烷失电子不能生成氢离子，要生成碳酸根离子，为易错点．