Question

6．如图是甲醇（CH₃OH）燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极．工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同．
（1）甲中负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）乙中A极电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，A极析出的气体在标准状况下的体积为2.24L．
（3）丙装置溶液中C极的质量变化为12.8g．若在丙装置溶液中滴入酚酞溶液进行上述实验，D极附近能观察到的实验现象：有气泡产生，D极附近溶液变红．

Answer 1

分析 （1）甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，注意电解质溶液是碱性溶液；
（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气；A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气；阳极电极反应和电子守恒计算得到；
（3）C极与正极相连为阳极，Cu在阳极失电子生成铜离子，根据转移电子守恒计算；D极为阴极，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子．

解答 解：（1）甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：
  Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
0.1mol 0.2mol        2x x
A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
     4x       x
得到0.2+2x=4x
x=0.1mol
乙中A极析出的气体是氧气物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为2.24L，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；2.24L；
（3）C极与正极相连为阳极，Cu在阳极失电子生成铜离子，甲电池中消耗0.1mol氧气，转移电子为0.4mol，则丙中也转移0.4mol电子，由Cu-2e^-=Cu²⁺可知参加反应的Cu为0.2mol，器质量为12.8g，即C极的质量变化为；D极为阴极，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，所以滴入酚酞溶液D极附近溶液变红；
故答案为：12.8g；有气泡产生，D极附近溶液变红．

点评 本考查了燃料电池和电解原理的应用，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和计算能力，注意把握电极的判断、电极方程式的书写和电子守恒在计算中的应用．