Question

【題目】某同學(xué)設(shè)計了一組電化學(xué)裝置如圖所示，其中乙裝置中X為陽離子交換膜，甲醇(CH3OH)具有可燃性。

根據(jù)要求回答相關(guān)問題：

（1）寫出裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式：___。

（2）裝置乙中石墨電極(C)的電極反應(yīng)式為：___。

（3）當(dāng)裝置甲中消耗0.05molO2時，丙裝置中陽極產(chǎn)生氣體的體積___L(標(biāo)況下)；

（4）裝置乙中溶液的pH為___(溶液體積為200mL不變)。

Answer 1

【答案】CH3OH6e+8OH═CO32+6H2O 2Cl2e=Cl2↑ 1.68 14

【解析】

(1)燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池,投放燃料的電極是負(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，投放氧化劑的電極是正極，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；

(2)電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負(fù)極的電極是陰極，連接原電池正極的電極是陽極，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電；

(3)當(dāng)裝置甲中消耗0.05molO2時，由電極方程式O2+2H2O+4e═4OH可知轉(zhuǎn)移0.2mol電子，裝置丙中陽極電極反應(yīng)為：2Cl2e=Cl2↑，4OH4e=2H2O+O2↑，氯化銅物質(zhì)的量n=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n(Cl)=0.1mol，生成氯氣電子轉(zhuǎn)移0.1mol，則氫氧根離子電解反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移0.1mol，據(jù)此計算陽極生成氣體體積；

(4)裝置乙中陰極發(fā)生2H2O+2e=H2+2OH，可知生成0.2molOH，以此計算。

(1)燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氧氣的電極是正極，負(fù)極上甲醚失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)為：CH3OH6e+8OH═CO32+6H2O，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為O2+2H2O+4e═4OH；

(2)乙池有外接電源屬于電解池,鐵電極連接原電池的負(fù)極,所以是陰極,則石墨電極是陽極,陽極上氯離子放電生成氯氣,電極反應(yīng)式為：2Cl2e═Cl2↑；

(3)當(dāng)裝置甲中消耗0.05molO2時，由電極方程式O2+2H2O+4e═4OH可知轉(zhuǎn)移0.2mol電子，裝置丙中陽極電極反應(yīng)為：2Cl2e=Cl2↑，4OH4e=2H2O+O2↑，氯化銅物質(zhì)的量n=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n(Cl)=0.1mol，生成氯氣電子轉(zhuǎn)移0.1mol，生成氯氣物質(zhì)的量0.05mol，則氫氧根離子電解反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移0.1mol，生成氧氣0.025mol，生成氣體物質(zhì)的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積=0.075mol×22.4L/mol=1.68L；

(4)裝置乙中陰極發(fā)生2H2O+2e=H2+2OH，可知生成0.2molOH，溶液體積為200mL，則c(OH)=1mol/L，則pH=14。