Question

如图1是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

    （1）甲中负极的电极反应式为____________。

    （2）乙中B极为_____（填“阴极”或“阳极”），该电极上析出的气体在标准状况下的体积为____。

    （3）丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2，则图中③线表示的是_________________（填离子符号）的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要___________ mL 2. 0 mol/L NaOH溶液。

Answer

CH3OH - 6e-＋ 8OH- = CO32- ＋ 6H2O 阴极 2. 24 L Cu2＋ 700

【解析】通入甲醇的一极为原电池的负极，发生氧化反应，甲醇在碱性条件下被氧化生成碳酸根离子；利用甲池作电源电解硫酸铜溶液、氯化铁和氯化亚铁的混合溶液，结合电极材料和离子的放电顺序进行相关的判断与计算，据此解答。

（1）甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O；（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：

Cu2+ + 2e-＝Cu

0.1mol 0.2mol

2H++2e-＝H2↑

2x x

A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：

4OH--4e-=2H2O+O2↑

4x x

根据得失电子守恒得到0.2+2x=4x，解得x=0.1mol，乙中B极析出的气体是氢气，物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为2.24L；（3）根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，故①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+；由图可知电子转移为0.4mol，生成Cu2+物质的量为0.2mol，阴极电极反应Fe3++e-=Fe2+，反应结束后，溶液中有Fe2+为0.5mol，Cu2+为0.2mol，所以需要加入NaOH的物质的量为0.5×2+0.2×2＝1.4mol，所以所需NaOH溶液的体积为1.4mol÷2mol/L＝0.7L＝700mL。

点睛：本题综合原电池电解原理以及级原电池知识，为高频考点，综合性强，主要考查学生分析问题的能力，是高考的热点习题，答题时注意体会电极方程式的书写。易错点和难点是电化学计算，注意掌握计算的依据。依据就是电子得失守恒，即根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。