Question

某同学设计了一组电化学装置如图所示，其中乙装置中X为阳离子交换膜，甲醇(CH₃OH)具有可燃性。

根据要求回答相关问题：

（1）写出装置甲中负极的电极反应式：___。

（2）装置乙中石墨电极(C)的电极反应式为：___。

（3）当装置甲中消耗0.05molO₂时，丙装置中阳极产生气体的体积___L(标况下)；

（4）装置乙中溶液的pH为___(溶液体积为200mL不变)。

Answer

CH3OH−6e−+8OH−═CO32−+6H2O 2Cl−−2e−=Cl2↑ 1.68 14

【解析】

(1)燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池,投放燃料的电极是负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，投放氧化剂的电极是正极，正极上氧化剂得电子发生还原反应；

(2)电解饱和氯化钠溶液时，连接原电池负极的电极是阴极，连接原电池正极的电极是阳极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；

(3)当装置甲中消耗0.05molO2时，由电极方程式O2+2H2O+4e−═4OH−可知转移0.2mol电子，装置丙中阳极电极反应为：2Cl−−2e−=Cl2↑，4OH−−4e−=2H2O+O2↑，氯化铜物质的量n=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n(Cl−)=0.1mol，生成氯气电子转移0.1mol，则氢氧根离子电解反应电子转移0.1mol，据此计算阳极生成气体体积；

(4)装置乙中阴极发生2H2O+2e−=H2+2OH−，可知生成0.2molOH−，以此计算。

(1)燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为：CH3OH−6e−+8OH−═CO32−+6H2O，正极发生还原反应，电极方程式为O2+2H2O+4e−═4OH−；

(2)乙池有外接电源属于电解池,铁电极连接原电池的负极,所以是阴极,则石墨电极是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,电极反应式为：2Cl−−2e−═Cl2↑；

(3)当装置甲中消耗0.05molO2时，由电极方程式O2+2H2O+4e−═4OH−可知转移0.2mol电子，装置丙中阳极电极反应为：2Cl−−2e−=Cl2↑，4OH−−4e−=2H2O+O2↑，氯化铜物质的量n=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n(Cl−)=0.1mol，生成氯气电子转移0.1mol，生成氯气物质的量0.05mol，则氢氧根离子电解反应电子转移0.1mol，生成氧气0.025mol，生成气体物质的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，标准状况下气体体积=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；

(4)装置乙中阴极发生2H2O+2e−=H2+2OH−，可知生成0.2molOH−，溶液体积为200mL，则c(OH−)=1mol/L，则pH=14。