Question

燃料電池具有廣闊的發(fā)展前途，科學(xué)家近年研制出一種微型的燃料電池，采用甲醇取代氫氣做燃料可以簡化電池設(shè)計(jì)，該電池有望取代傳統(tǒng)電池．某學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室利用堿性甲醇燃料電池電解Na₂SO₄溶液．
請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問題：
（1）圖中a電極是

 

（填“正極”、“負(fù)極”、“陰極”或“陽極”）．該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）堿性條件下，通入甲醇的一極發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）當(dāng)消耗3.36L氧氣時(shí)（已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況），理論上電解Na₂SO₄溶液生成氣體的總物質(zhì)的量是

 

．
（4）25℃、101kPa時(shí)，燃燒16g甲醇生成CO₂和H₂O（l），放出的熱量為363.26kJ，寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)電源新型電池

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，電解池中，和電源負(fù)極相連的極是陰極，和電源正極相連的是陽極；
（2）燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境來回答；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路電子守恒來計(jì)算回答；
（4）在25℃、101kPa下，16g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱363.26kJ，32g甲醇燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w放熱363.26kJ×2=726.52kJ，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法和注意問題，標(biāo)注對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出．

解答： 解：（1）燃料電池中，通入燃料甲醇的電極是負(fù)極，通入氧氣的電極是正極，電解池中，和電源負(fù)極相連的極b是陰極，和電源正極相連的a極是陽極，電解硫酸鈉溶液，在陽極上是氫氧根離子發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：陽；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）燃料電池的負(fù)極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電解質(zhì)環(huán)境是堿性，則電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）在燃料電池的正極上，正極反應(yīng)：O₂↑+4H⁺+4e^-=2H₂O，當(dāng)消耗3.36L即0.15mol氧氣時(shí)（已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況），轉(zhuǎn)移電子的量是0.6mol，電解Na₂SO₄溶液的實(shí)質(zhì)是電解水，根據(jù)電解方程式：2H₂O

通電  .

2H₂↑+O₂↑，轉(zhuǎn)移電子的量是0.6mol時(shí)，生成氣體的物質(zhì)的量是0.45mol，故答案為：0.45mol；
（4）在25℃、101kPa下，16g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱363.26kJ，32g甲醇燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w放熱363.26kJ×32=726.52KJ，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.52kJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.52kJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道熱化學(xué)和電化學(xué)知識(shí)的綜合考查題，注意原電池和電解池的工作原理是解題關(guān)鍵，難度不大．