Question

與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點，因此被廣泛認為是更有前途的燃料電池．如圖是一個乙醇燃料電池工作時的示意圖．乙池中的兩個電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO₄溶液．請回答下列問題：
（1）甲池中O₂所在電極為

 

極，乙池中M為

 

極
（2）N的電極反應式為

 

．
（3）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時，甲池中理論上消耗氧氣為

 

升（標準狀況下）．
（4）在此過程中，若乙池中兩電極產生的氣體恰好相等時（假設標準狀況下），理論上需通入

 

克乙醇．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）燃料電池中氧氣為正極反應物，燃料為負極反應物，與原電池的負極相連為陰極；
（2）電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發(fā)生氧化反應，和電源的負極相連的是陰極，該極上發(fā)生得電子的還原反應；
（3）根據電極反應式結合電子守恒來計算；
（4）根據電極反應式結合電子守恒來計算．

解答： 解：（1）燃料電池中氧氣為正極反應物，燃料為負極反應物，與原電池的負極相連為陰極，則M與負極相連為陰極；
故答案為：正；陰；
（2）燃料電池的正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發(fā)生氧化反應，所以N是陽極，該極上電極反應為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，故答案為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
（3）乙池中M電極析出金屬銅6.4g，根據電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，析出金屬銅6.4g即0.1mol，轉移電子的物質的量是0.2mol，在燃料電池的正極上發(fā)生電極反應：
O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當轉移電子的物質的量是0.2mol時，消耗氧氣的物質的量是0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12；
（3）乙池中發(fā)生的反應分別是：陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol?L^-1的CuSO₄溶液中銅離子物質的量是：0.3mol，銅離子得電子的是0.6mol，若兩電極產生的氣體恰好相等時（假設標準狀況下），設均為nmol，則2n+0.6=4n，解得n=0.3，即裝置在轉移電子的物質的量是1.2mol，乙醇燃料電池的負極上發(fā)生反應：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，當轉移電子是1.2mol，消耗乙醇的物質的量是0.1mol，質量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案為：4.6．

點評：本題考查了原電池原理和電解池原理的應用，注意根據串聯電路中轉移的電子的物質的量相等結合電極方程式計算分析，題目難度中等．