Question

11．（1）甲醇（CH₃OH）是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义．为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-．电池工作时正极反应式为O₂+4e^-=2O^2-．
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol•L-1	1	4	4	1

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），阳极上收集到氧气标况下的体积为2.24L．
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②除去甲醇的离子反应为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，该过程中被氧化的元素是C，当产生标准状况下2.24L CO₂时，共转移电子0.6mol．

Answer 1

分析 （1）根据原电池原理，正极O₂得到电子生成O^2-；依据电解原理和溶液中离子放电顺序，结合电子守恒和电极反应计算得到；
（2）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
反应中生成1molCO₂转移6mol电子，据此分析．

解答 解：（1）燃料电池中，一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-离子，
正极O₂得到电子生成O^2-：O₂+4e^-=2O^2-，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），
100ml溶液中含有c（Cu²⁺）=1mol/L，c（H⁺）=4mol/L，c（Cl^-）=4mol/L，c（SO₄^2-）=1mol/L；
阴阳两极生成的气体的体积相同，设阴极生成的悄悄物质的量为xmol，阳极上也应生成氧气和氯气的物质的量之和xmol
阴极电极反应为：
Cu²⁺+2e^-=Cu，
0.1mol  0.2mol  0.1mol 
  2H⁺+2e^-=H₂↑；    
         2xmol   xmol     
阳极电极反应为：
 2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
0.4mol 0.4mol  0.2mol         4（x-0.2）（x-0.2）
依据电子守恒0.4+4（x-0.2）=0.2+2x
x=0.3mol，则氧气的物质的量为0.3mol-0.2mol=0.1mol，其体积为2.24L；
故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；2.24；
（2）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺，故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，该过程中被氧化的元素是C元素，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；反应中生成1mol即22.4LCO₂转移6mol电子，则当产生标准状况下2.24L CO₂时，共转移电子0.6mol，
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；C；6．

点评 本题考查了原电池原理的应用、电解池原理的应用等，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力，注意把握原电池和电解池中电极反应式的书写方法，以及电子守恒在计算中的应用．