Question

如图所示，是原电池的装置图。请回答：

(1)若C为稀H₂SO₄溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极的材料是_________(选锌或铜)；反应进行一段时间后溶液C的浓度将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。

(2)若需将反应：Cu＋2Fe^3＋=Cu^2＋＋2Fe^2＋设计成如图所示的原电池装置，则正极电极反应式_________，溶液C是________。

(3)若C为CuCl₂溶液，Zn是________极，Cu极发生________反应，电极反应为_________。反应过程溶液中c(Cu^2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)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_______。d电极反应式______，若线路中转移6mol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

铜 降低 Fe3＋+e－= Fe2＋ FeCl3溶液 负极 还原 Cu2＋＋2e－=Cu 变小 正极 CH3OH-6e－＋H2O=CO2＋6H＋ O2＋4H+＋4e－=2H2O 33.6

【解析】

Fe且做负极，选择正极材料是活泼性弱于铁的铜，根据电极反应判断溶液中离子浓度的变化；根据化合价升高的物质作负极，发生氧化反应，正极是化合价降低的物质，发生还原反应，选择参加反应的离子选择电解质溶液；根据锌和氯化铜溶液的反应，判断负极和正极，电极反应和离子的浓度变化；根据电子的移动方向和氢离子的移动方向判断燃料电池的正负极，根据化合价的变化写出电极反应，根据转移的电子的物质的量与氧气的物质的量之间的关系进行计算，据此分析。

(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，正极材料选择不如铁活泼的铜，电池总反应为Fe+2H+═Fe2++H2↑；溶液中氢离子浓度减小，硫酸浓度降低；
(2)Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如上图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，正极是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可，正极反应的电极反应为：Fe3＋+e－= Fe2＋，溶液C中含有Fe3+，如FeCl3溶液；

(3)Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，Cu2+在正极得到电子变成Cu，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，Cu2+发生了反应，则c(Cu2+)变小；

(4)电子从电极c流向电极d，则c为负极，d为正极；甲醇具有还原性，在负极c上发生氧化反应生成CO2，电极反应式为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，d为正极，电极反应为：O2＋4H+＋4e－=2H2O，由电子得失守恒可知电子转移4mol，则消耗氧气物质的量为1mol，若线路中转移6mol电子，则消耗氧气物质的量为1.5mol，标况下氧气的体积为1.5mol×22.4L/mol=33.6L。