Question

某同学设计了一个甲醇为燃料的电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图2：

①写出i中通入甲醇这一极的电极反应式

 

．
②理论上ii中两极所得气体的体积随时间变化的关系如坐标图3所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），则在t₂时所得溶液为pH约为

 

（忽略溶液体积的变化，下同）．
③原混合溶液中NaCl的浓度为，理论上t₃时刻时，共消耗甲醇的物质的量约为

 

．（保留小数点后三位数）

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：①甲醇发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依据生成的迁移体积计算物质的量得到氯化钠物质的量计算浓度，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 阳极上生成氧气，根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，进而计算溶液的pH；
③据产生氯气的量计算NaCl的浓度；电解至t₃时，电解生成氧气为672-224mL=448mL，氯气224mL，据电子守恒求算消耗甲醇物质的量．

解答： 解：①在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，甲醇失电子的过程为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②石墨为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
由图可知，至t₂点时，产生氧气为112mL，即0.112L，据电极反应式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，则反应的氢氧根离子物质的量为：

0.112×4

22.4

=0.02mol，生成氢离子浓度为：

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，pH=1，故答案为：1；
③由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=

0.224L

22.4L/mol

×2=0.02mol，所以c（NaCl）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
电解至t₃时，电解生成氧气为672-224mL=448mL，氯气224mL，转移电子物质的量为：（

0.448

22.4

×4+

0.224

22.4

×2）mol=0.1mol，据CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O可知，转移0.1mol电子，消耗甲醇物质的量为：

0.1×1

6

mol=0.017mol，故答案为：0.1mol/L；0.017mol．

点评：本题考查电解原理，明确发生的电极反应及图图象的对应关系是解答本题的关键，注意（3）中计算甲醇的物质的量可利用电子守恒计算，题目难度中等．