Question

10．如图是一个乙醇燃料电池工作示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：

（1）M电极材料是铁，N的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，加入乙醇的铂电极的电极反应式为C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（2）若在常温常压下，1g C₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出约为30kJ热量，表示乙醇燃烧热的热化学方程式为C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol．
（3）若M、N均为石墨电极，将乙池改为电解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂的混合液一段时间后，在两极上均生成11.2L（标准状况）气体．则M极产生的气体是H₂，原混合液中Cu²⁺的物质的量浓度是1 mol/L．

Answer 1

分析 碱性乙醇电池为原电池，通入乙醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，乙池有外接电源，属于电解池，根据图片知，N是阳极，M是阴极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，则M电极是铁，N电极是石墨，结合电子转移的物质的量的判断进行计算．

解答 解：碱性乙醇电池为原电池，通入乙醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，乙池有外接电源，属于电解池，根据图片知，N是阳极，M是阴极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，则M电极是铁，N电极是石墨，
（1）通过以上分析知，M是阴极，N极是阳极，N上电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙醇电极上乙醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：铁，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）1g C₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出30kJ热量，则1mol乙醇燃烧放出的热量=$\frac{\frac{30kJ}{1g}}{46g/mol}$=1380kJ，所以其热化学反应方程式为：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol，
故答案为：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1380kJ/mol；
（3）用石墨电极电解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂混合溶液，在两极均生成标准状况下的气体11.2L，气体的物质的量为n=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，
溶液中阳离子放电顺序Cu²⁺＞H⁺，阳极电极反应为溶液中阴离子氢氧根离子失电子生成氧气：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，生成0.5molO₂，需电子为4×0.5mol=2mol；
阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.5molH₂，需0.5mol×2=1mol电子，依据电子守恒，铜离子得到电子1mol，反应的铜离子物质的量0.5mol，所以Cu²⁺的物质的量浓度C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，故答案为：1 mol/L．

点评 本题考查了电极原理的计算应用，注意电子守恒的计算应用和正确书写电极反应，题目难度中等．