Question

11．（1）甲醇（CH₃OH）是重要的能源物質(zhì)，研究甲醇具有重要意義．為提高甲醇燃料的利用率，科學(xué)家發(fā)明了一種燃料電池，電池的一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是摻入了Y₂O₃的ZrO₂晶體，在高溫下它能傳導(dǎo)O^2-．電池工作時正極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-．
若以該電池為電源，用石墨做電極電解100mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol•L-1	1	4	4	1

電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象），陽極上收集到氧氣標(biāo)況下的體積為2.24L．
（2）甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：通電后將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．實驗室用圖裝置模擬上述過程：
①寫出陽極電極反應(yīng)式Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②除去甲醇的離子反應(yīng)為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，該過程中被氧化的元素是C，當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L CO₂時，共轉(zhuǎn)移電子0.6mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)原電池原理，正極O₂得到電子生成O^2-；依據(jù)電解原理和溶液中離子放電順序，結(jié)合電子守恒和電極反應(yīng)計算得到；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
反應(yīng)中生成1molCO₂轉(zhuǎn)移6mol電子，據(jù)此分析．

解答 解：（1）燃料電池中，一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是摻入了 Y₂O₃的ZrO₂晶體，在高溫下它能傳導(dǎo)O^2-離子，
正極O₂得到電子生成O^2-：O₂+4e^-=2O^2-，電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象），
100ml溶液中含有c（Cu²⁺）=1mol/L，c（H⁺）=4mol/L，c（Cl^-）=4mol/L，c（SO₄^2-）=1mol/L；
陰陽兩極生成的氣體的體積相同，設(shè)陰極生成的悄悄物質(zhì)的量為xmol，陽極上也應(yīng)生成氧氣和氯氣的物質(zhì)的量之和xmol
陰極電極反應(yīng)為：
Cu²⁺+2e^-=Cu，
0.1mol  0.2mol  0.1mol 
  2H⁺+2e^-=H₂↑；    
         2xmol   xmol     
陽極電極反應(yīng)為：
 2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
0.4mol 0.4mol  0.2mol         4（x-0.2）（x-0.2）
依據(jù)電子守恒0.4+4（x-0.2）=0.2+2x
x=0.3mol，則氧氣的物質(zhì)的量為0.3mol-0.2mol=0.1mol，其體積為2.24L；
故答案為：O₂+4e^-=2O^2-；2.24；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺，故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，該過程中被氧化的元素是C元素，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；反應(yīng)中生成1mol即22.4LCO₂轉(zhuǎn)移6mol電子，則當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L CO₂時，共轉(zhuǎn)移電子0.6mol，
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；C；6．

點評 本題考查了原電池原理的應(yīng)用、電解池原理的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力，注意把握原電池和電解池中電極反應(yīng)式的書寫方法，以及電子守恒在計算中的應(yīng)用．