Question

10．如圖是一個乙醇燃料電池工作示意圖，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，請回答下列問題：

（1）M電極材料是鐵，N的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，加入乙醇的鉑電極的電極反應式為C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（2）若在常溫常壓下，1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出約為30kJ熱量，表示乙醇燃燒熱的熱化學方程式為C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol．
（3）若M、N均為石墨電極，將乙池改為電解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂的混合液一段時間后，在兩極上均生成11.2L（標準狀況）氣體．則M極產生的氣體是H₂，原混合液中Cu²⁺的物質的量濃度是1 mol/L．

Answer 1

分析 堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據(jù)圖片知，N是陽極，M是陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則M電極是鐵，N電極是石墨，結合電子轉移的物質的量的判斷進行計算．

解答 解：堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據(jù)圖片知，N是陽極，M是陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則M電極是鐵，N電極是石墨，
（1）通過以上分析知，M是陰極，N極是陽極，N上電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙醇電極上乙醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：鐵，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出30kJ熱量，則1mol乙醇燃燒放出的熱量=$\frac{\frac{30kJ}{1g}}{46g/mol}$=1380kJ，所以其熱化學反應方程式為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol，
故答案為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol；
（3）用石墨電極電解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂混合溶液，在兩極均生成標準狀況下的氣體11.2L，氣體的物質的量為n=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，
溶液中陽離子放電順序Cu²⁺＞H⁺，陽極電極反應為溶液中陰離子氫氧根離子失電子生成氧氣：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，生成0.5molO₂，需電子為4×0.5mol=2mol；
陰極電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.5molH₂，需0.5mol×2=1mol電子，依據(jù)電子守恒，銅離子得到電子1mol，反應的銅離子物質的量0.5mol，所以Cu²⁺的物質的量濃度C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，故答案為：1 mol/L．

點評 本題考查了電極原理的計算應用，注意電子守恒的計算應用和正確書寫電極反應，題目難度中等．