Question

9．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．下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^-1的CuSO₄溶液．请回答下列问题：

（1）在常温常压下，1g C₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出29.71kJ热量，表示该反应的热化学方程式为C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol．
（2）甲池中通入乙醇的电极反应式为C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（3）在此过程中，乙池中某一电极析出金属铜6.35g时，甲池中理论上消耗O₂为1.12L（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4.6克乙醇．

Answer 1

分析 （1）1g乙醇的物质的量=$\frac{1}{46}$mol，1gC₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出29.71kJ热量，1mol乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量是1366.7kJ，据此写出其热化学反应方程式；
（2）燃料电池中，通入燃料的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应；
（3）金属铜6.35g，其物质的量为$\frac{6.35g}{64g/mol}$=0.099≈0.1mol，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）1g乙醇的物质的量=$\frac{1}{46}$mol，1gC₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出29.71kJ热量，1mol乙醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量是1366.7kJ，所以其热化学反应方程式为：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol，
故答案为：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol；
（2）该燃料电池中，负极上乙醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案为：C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（3）金属铜6.35g，其物质的量为$\frac{6.35g}{64g/mol}$=0.099≈0.1mol，根据电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，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；
（4）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，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．