Question

【題目】某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如圖1：
（1）寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式 ．
（2）理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖2所示（已換算成標準狀況下的體積），寫出在t1后，石墨電極上的電極反應式，原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為mol/L．（設溶液體積不變）
（3）當向上述甲裝置中通入標況下的氧氣336mL時，理論上在鐵電極上可析出銅的質量為g．
（4）已知草酸H2C2O4為弱酸． ①常溫下，下列事實能說明草酸是弱電解質的是 ．
A．向草酸鈉溶液加酚酞，溶液變紅
B．取一定量草酸溶液加水稀釋至10倍，pH變化小于1
C．草酸能使酸性KMnO4溶液褪色
D．取相同pH的草酸溶液和鹽酸，分別加入足量的大小、形狀相同的鎂條，草酸溶液反應速度快
②常溫下，0.1molL﹣1的草酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，則c（HC2O4）+2c（C2O42﹣）=（用準確的數學表達式表示）

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O
（2）0.1
（3）1.28
（4）ABD；0.05+10﹣6﹣10﹣8
【解析】解：（1）在燃料電池的中，負極上是燃料發生失電子的氧化反應，在堿性環境下，甲醇失電子的過程為：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O， 所以答案是：CH3OH﹣6e﹣+8OH﹣=CO32﹣+6H2O；（2）石墨為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl﹣在陽極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t1前電極反應式為：陽極2Cl﹣﹣4e﹣=Cl2↑，t2點后電極反應式為：陽極4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O，
由圖可知，產生氯氣為224mL，則由2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑可知，n（NaCl）= ×2=0.02mol，所以c（NaCl）= =0.1mol/L，
通甲醇的電極是負極，所以石墨電極是陰極，該極上發生的電極反應為：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl﹣在陽極放電生成氯氣，陰極Cu2+放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t1前電極反應式為：陽極2Cl﹣﹣4e﹣=Cl2↑，生成氯氣為224ml，物質的量為0.01mol，原溶液中氯化鈉物質的量為0.02mol，氯化鈉濃度為： =0.1mol/L，
所以答案是：4OH﹣﹣4e﹣=O2↑+2H2O；0.1；（3）標準狀況下336mL氧氣的物質的量為： =0.015mol，0.015mol氧氣完全反應得到電子的物質的量為：0.015mol×4=0.06mol，由丙中t2時生成氧氣為112mL，則生成氧氣的物質的量為：n（O2）= =0.005mol，則共轉移電子為：0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根據電子守恒及Cu2++2e﹣=Cu可知，n（CuSO4）= =0.02mol，
所以理論上在鐵電極上可析出銅的物質的量為0.02mol，質量為：64g/mol×0.02mol=1.28g，
所以答案是：1.28；（4）①A．向草酸鈉溶液加酚酞，溶液變紅說明溶液顯堿性，證明溶液中草酸根離子水解，證明草酸為弱酸，故A正確；
B．取一定量草酸溶液加水稀釋至10倍，pH變化小于1說明溶液中存在電離平衡，證明草酸為弱酸，故B正確；
C．草酸能使酸性KMnO4溶液褪色是草酸的還原性，不能說明草酸為弱酸，故C錯誤；
D．取相同pH的草酸溶液和鹽酸，分別加入足量的大小、形狀相同的鎂條，草酸溶液反應速度快說明草酸存在電離平衡，證明草酸為弱酸，故D正確；
所以答案是：ABD；②常溫下，0.1molL﹣1的草酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，溶液中鈉離子濃度為0.05mol/L，氫離子濃度10﹣6mol/L，氫氧根離子濃度= =10﹣8mol/L，溶液中存在電荷守恒，c（Na+）+c（H+）=c（HC2O4﹣）+2c（C2O42﹣）+c（OH﹣）則c（HC2O4﹣）+2c（C2O42﹣）=0.05+10﹣6﹣10﹣8 ，
所以答案是：0.05+10﹣6﹣10﹣8；
【考點精析】掌握弱電解質在水溶液中的電離平衡是解答本題的根本，需要知道當弱電解質分子離解成離子的速率等于結合成分子的速率時，弱電解質的電離就處于電離平衡狀態；電離平衡是化學平衡的一種，同樣具有化學平衡的特征．條件改變時平衡移動的規律符合勒沙特列原理．