题目内容

16.某同学设计了一个甲醇(CH3OH)燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图1:

(1)25℃,1.01×105Pa时16g液态甲醇完全燃烧,当恢复至原状态时,放出362.9kJ热量,此反应的热化学方程式为CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol.
(2)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O.
(3)铁电极上反应的现象为:先有红色的物质析出,后有气泡产生.石墨电极上产生的气体是Cl2、O2.
(4)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度0.1mol•L-1.(假设溶液体积不变)

分析 (1)16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,则1mol 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出725.8kJ的热量,据此书写;
(2)甲醇发生氧化反应,在碱性条件下生成碳酸根离子与水;
(3)电池通入甲醇的为负极,乙中铁电极为阴极、石墨电极为阳极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图3中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,阳极t1前电极反应式为:2Cl--4e-=Cl2↑,t1~t3电极反应式为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极t2前电极反应式为2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为4H++4e-=2H2↑;
(4)根据t1~t2 阳极上生成氯气和氧气,结合得失电子守恒计算CuSO4的物质的量浓度.

解答 解:(1)16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出369.2kJ的热量,则1mol 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出725.8kJ的热量,即热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol,
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.8kJ/mol;
(2)在燃料电池的中,负极上是燃料发生失电子的氧化反应,在碱性环境下,甲醇失电子的过程为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;
(3)电池通入甲醇的为负极,乙中铁电极为阴极、石墨电极为阳极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图3中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,阳极t1前电极反应式为:2Cl--4e-=Cl2↑,t1~t3电极反应式为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极t2前电极反应式为2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为4H++4e-=2H2↑,所以铁电极上反应的现象为:先有红色的物质析出,后有气泡产生;石墨电极上产生的气体是Cl2、O2,故答案为:有气泡产生;Cl2、O2;
(4)石墨为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图3中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,
由图可知,产生氯气为224mL,则由2Cl--2e-=Cl2↑可知,n(NaCl)=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol,由t2时生成氧气为112mL,n(O2)=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol,则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol,
根据电子守恒及Cu2++2e-=Cu可知,n(CuSO4)=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol,所以c(CuSO4)=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L,
故答案为:0.1.

点评 本题考查电解原理,明确发生的电极反应及图图象的对应关系是解答本题的关键,计算抓住两极电子转移相等计算,题目难度中等.

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