Question

19．燃料电池具有广阔的发展前途，科学家近年研制出一种微型的燃料电池，采用甲醇取代氢气做燃料可以简化电池设计，该电池有望取代传统电池．某学生在实验室利用碱性甲醇燃料电池电解Na₂SO₄溶液．
请根据图示回答下列问题：
（1）图中a电极是阳（填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”）．该电极上发生的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（2）碱性条件下，通入甲醇的一极发生的电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）当消耗3.36L氧气时（已折合为标准状况），理论上电解Na₂SO₄溶液生成气体的总物质的量是0.45mol．
（4）若a、b电极材料分别为铁和石墨，则电解总反应化学方程式为2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极，通入氧气的电极是正极，电解池中，和电源负极相连的极是阴极，和电源正极相连的是阳极；
（2）燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来回答；
（3）根据串联电路电子守恒来计算回答；
（4）若a、b电极材料分别为铁和石墨，则铁是阳极，石墨是阴极，阳极铁放电生成亚铁离子，阴极水放电生成氢气，亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，由此分析解答．

解答 解：（1）燃料电池中，通入燃料甲醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，电解池中，和电源负极相连的极b是阴极，和电源正极相连的a极是阳极，电解硫酸钠溶液，在阳极上是氢氧根离子发生失电子的氧化反应，该电极上发生的电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案为：阳；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，电解质环境是碱性，则电极反应为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）在燃料电池的正极上，正极反应：O₂↑+4H⁺+4e^-=2H₂O，当消耗3.36L即0.15mol氧气时（已折合为标准状况），转移电子的量是0.6mol，电解Na₂SO₄溶液的实质是电解水，根据电解方程式：2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，转移电子的量是0.6mol时，生成气体的物质的量是0.45mol，
故答案为：0.45；
（4）若a、b电极材料分别为铁和石墨，则铁是阳极，石墨是阴极，阳极铁放电生成亚铁离子，阴极水放电生成氢气，亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁，所以总的电极反应式为：2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑，故答案为：2Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe（OH）₂+H₂↑．

点评 本题考查电化学知识的综合考查题，注意原电池和电解池的工作原理是解题关键，难度不大．