Question

直接甲醇燃料电池 (DMFC) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池(DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。如图以甲醇为燃料的新型电池是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

（1）如图中的B极上的电极反应式为______。

（2）若用上述甲醇燃料电池做电源，用惰性电极电解100mL，5mol·L^-1硫酸铜溶液，当阳极收集到3.36L(标准状况)气体时，消耗甲醇的质量为____g，此时可向电解后的溶液中加入_____使溶液复原。请写出电解硫酸铜溶液的电解反应化学方程式____。

（3）若用上述甲醇燃料电池做电源，用石墨做电极在一定条件下电解饱和食盐水制取NaOH。

①如图电解池的电极a接甲醇燃料电池的_____极( 填A或B) ，写出阳极的电极反应式：_____。假设电解时还产生一种黄绿色气体二氧氯(ClO₂)，写出阳极产生ClO₂的电极反应式_________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为224 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_________mol。

Answer

CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+； 3.2g CuO或CuCO3 2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑ A 2Cl-—2e-═Cl2↑ 2H2O+Cl-—5e-===ClO2+4H+ 0.02mol

【解析】

（1）根据图示，B是负极，甲醇在B极上失电子生成二氧化碳和氢离子；

（2）用惰性电极电解100mL 5mol·L-1硫酸铜溶液，阳极生成氧气，阴极生成铜；当阳极收集到3.36L(标准状况)氧气时，转移电子的物质的量是0.6mol；根据得失电子守恒计算消耗甲醇的质量；当阳极收集到0.15mol氧气时，阴极得到0.3molCu，根据元素守恒分析向电解后的溶液中加入的物质；

（3）①根据钠离子移动方向可知a是阳极；阳极是氯离子失电子生成氯气；氯离子在阳极失电子可以产生ClO2；

②电解氯化钠溶液时，阴极产生的气体是氢气。

（1）根据图示，B是负极，甲醇在B极上失电子生成二氧化碳和氢离子，B电极反应式是CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+；

（2）用惰性电极电解100mL 5mol·L-1硫酸铜溶液，阳极生成氧气，当阳极收集到3.36L(标准状况)氧气时，转移电子的物质的量是0.6mol；设消耗甲醇的质量为xg，根据得失电子守恒；

CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+

32g 6mol

Xg 0.6mol

X=3.2g

当阳极收集到0.15mol氧气时，阴极得到0.3molCu，根据元素守恒,向电解后的溶液中加入0.3molCuO可使电解后的溶液复原；

电解硫酸铜溶液的总反应化学方程式是2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑；

（3）根据钠离子移动方向可知a是阳极，与原电池的正极相连，a接甲醇燃料电池的A极；阳极是氯离子失电子生成氯气，电极反应式是2Cl-—2e-═Cl2↑；氯离子在阳极失电子产生ClO2，电极反应式是2H2O+Cl-—5e-===ClO2+4H+；

②当阴极产生的氢气体积为224 mL(标准状况)（0.01mol）时，转移电子0.02mol，根据电荷守恒，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.02mol。