Question

12．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图所示．
（1）该电池工作时，b口通入的物质为CH₃OH，c口通入的物质为O₂．
（2）该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
（3）工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，有1.2N_A个电子转移．
（4）若将a口排放出的1.12L气体，通入到5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中完全反应．反应后的溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料；
（2）负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（3）根据甲醇和转移电子之间的关系式计算；
（4）标准状况下1.12LLCO₂的物质的量为0.05mol，5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中含有0.075molNaOH，二者恰好发生反应2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，反应后生成了等浓度的碳酸钠和碳酸氢钠，然后结合盐的水解原理判断各离子浓度大小．

解答 解：（1）据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇，
故答案为：CH₃OH；O₂；
（2）负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（3）根据CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子的物质的量=$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，则转移电子个数为1.2N_A，
故答案为：1.2；
（4）标准状况下1.12LLCO₂的物质的量为0.05mol，5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中含有0.075molNaOH，二者恰好发生反应2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，生成等浓度的Na₂CO₃、NaHCO₃，HCO₃^-、CO₃^2-部分水解，溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），由于CO₃^2-水解程度大于HCO₃^-，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），所以反应后溶液中的离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查了原电池原理，根据正负极上得失电子及反应物和转移电子之间的关系式解答，难点是电极反应式的书写，要结合电解质溶液酸碱性书写，难度不大．