Question

11．某同学设计了一个乙醇（CH₃CH₂OH）燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如1图：

①写出ⅰ中通入乙醇这一极的电极反应式CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
②25℃，1.01×10⁵Pa时23g液态乙醇完全燃烧，当恢复至原状态时，放出362.9kJ热量，写出乙醇燃烧热的热化学方程式：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol．
③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2所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后，石墨电极上的电极反应式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；原混合液中CuSO₄溶液物质的量浓度为0.1 mol/L．

Answer 1

分析 ①乙醇发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②23g 液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出362.9kJ的热量，则1mol 液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出725.8kJ的热量，据此书写；
③原电池通入乙醇的为负极，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↑，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，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，根据t₁前生成氯气、氧气的体积计算硫酸铜的物质的量和浓度．

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，乙醇失电子的过程为：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
②23g 液态乙醇完全燃烧，即0.5mol乙醇，当恢复到原状态时，放出362.9kJ的热量，则1mol 液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出725.8kJ的热量，即热化学方程式为：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol，
故答案为：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
③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↑，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨电极上的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
0～t₂电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，阴极Cu²⁺+2e^-=Cu，n（Cl₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，则阴极生成的Cu为0.01mol；t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极Cu²⁺+2e^-=Cu，n（O₂）=$\frac{0.0112L}{22.4mol/L}$=0.005mol，由电子守恒可知生成的铜为0.01mol，所以电解时共生成Cu为0.02mol，则原混合液中CuSO₄溶液物质的量浓度为c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L；
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1．

点评 本题考查了热化学方程式、电解池原理等知识点，电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时，明确离子的放电顺序是解本题的关键，难度较大，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．