Question

【題目】如圖所示是原電池的裝置圖。請回答：

(1)若C為稀H2SO4，電流表指針發生偏轉，B電極材料為Fe且作負極，則A電極上發生的電極反應式為___；反應進行一段時間后溶液酸性將__(填“增強”“減弱”或“基本不變”)。

(2)若需將反應：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+設計成如圖所示的原電池裝置，則A(正極)極材料為___，B(負極)極材料為__，溶液C為___。

(3)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖如圖：

電池總反應為2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，則d電極是__(填“正極”或“負極”)，c電極的反應方程式為__。若線路中轉移1mol電子，則上述CH3OH燃料電池消耗的O2在標準狀況下的體積為__L。

Answer 1

【答案】2H++2e-=H2↑ 減弱 石墨 Cu FeCl3溶液 正極 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 5.6

【解析】

根據原電池原理進行判斷，負極發生失電子的氧化反應，正極發生得電子的還原反應。根據氧化還原反應，化合價升高的一極作負極，失電子，發生氧化反應；化合價降低的一極作正極，得電子，發生還原反應。燃料電池中，正極通入的是氧氣，負極充入的是CH3OH，根據化合價的變化寫出電極反應式。

(1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發生偏轉，B極電極材料為Fe且作負極，A電極為正極，電極材料為較鐵不活潑的金屬或非金屬，發生還原反應，溶液中的氫離子得電子生成氫氣，電極反應方程式為：2H＋＋2e－=H2↑；由原電池的總反應可知，反應一段時間后，溶液C的pH升高，酸性減弱；

(2)分析反應Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，將其拆分為兩個半反應，分別為：Cu-2e－=Cu2+，2Fe3++2e－=2Fe2+，根據原電池原理，可知負極電極反應式為：Cu-2e－=Cu2+，正極的電極反應式為：2Fe3++2e－=2Fe2+，正負極材料分別為：負極為Cu，正極為石墨(或Pt)，含Fe3+的溶液(如FeCl3溶液)作電解質溶液，用導線連接正、負極，構成閉合回路即可構成原電池；

(3)根據燃料電池結構示意圖中電子流向可知，c電極為負極，發生氧化反應，其電極反應方程式為：CH3OH-6e－+H2O=CO2+6H+，電極d為正極，O2得到電子，發生還原反應，電極反應方程式為：4H++4e－+O2=2H2O；1mol氧氣在反應中得到4mol電子，若線路中轉移1mol電子，則消耗氧氣0.25mol，標準狀況下的體積為V=nVm =0.25mol×22.4L/mol=5.6L。