Question

如图所示是原电池的装置图。请回答：

(1)若C为稀H₂SO₄，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为___；反应进行一段时间后溶液酸性将__(填“增强”“减弱”或“基本不变”)。

(2)若需将反应：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺设计成如图所示的原电池装置，则A(正极)极材料为___，B(负极)极材料为__，溶液C为___。

(3)CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图：

电池总反应为2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则d电极是__(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__。若线路中转移1mol电子，则上述CH₃OH燃料电池消耗的O₂在标准状况下的体积为__L。

Answer

2H++2e-=H2↑ 减弱 石墨 Cu FeCl3溶液 正极 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 5.6

【解析】

根据原电池原理进行判断，负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应。根据氧化还原反应，化合价升高的一极作负极，失电子，发生氧化反应；化合价降低的一极作正极，得电子，发生还原反应。燃料电池中，正极通入的是氧气，负极充入的是CH3OH，根据化合价的变化写出电极反应式。

(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B极电极材料为Fe且作负极，A电极为正极，电极材料为较铁不活泼的金属或非金属，发生还原反应，溶液中的氢离子得电子生成氢气，电极反应方程式为：2H＋＋2e－=H2↑；由原电池的总反应可知，反应一段时间后，溶液C的pH升高，酸性减弱；

(2)分析反应Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，将其拆分为两个半反应，分别为：Cu-2e－=Cu2+，2Fe3++2e－=2Fe2+，根据原电池原理，可知负极电极反应式为：Cu-2e－=Cu2+，正极的电极反应式为：2Fe3++2e－=2Fe2+，正负极材料分别为：负极为Cu，正极为石墨(或Pt)，含Fe3+的溶液(如FeCl3溶液)作电解质溶液，用导线连接正、负极，构成闭合回路即可构成原电池；

(3)根据燃料电池结构示意图中电子流向可知，c电极为负极，发生氧化反应，其电极反应方程式为：CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+，电极d为正极，O2得到电子，发生还原反应，电极反应方程式为：4H++4e－+O2=2H2O；1mol氧气在反应中得到4mol电子，若线路中转移1mol电子，则消耗氧气0.25mol，标准状况下的体积为V=nVm =0.25mol×22.4L/mol=5.6L。