Question

哥本哈根氣候變化峰會自2009年12月7日開幕以來，就被冠以“有史以來最重要的會議”、“改變地球命運的會議”等各種重量級頭銜．縱然世界各國仍就減排問題進行著艱苦的角力，但低碳這個概念幾乎得到了廣泛認同．中國慈善首富陳光標2010年11月5號創作的低碳之歌--《讓我們再回到從前》讓低碳概念融入到每個人的生活之中，減碳是每個人的責任．新能源開發中的燃料電池是低碳研究的重要領域．
（1）可燃性的有機物和氧氣在理論上都可以作為燃料電池中的反應物，現以C_xH_yO_z表示燃料電池中的有機反應物，O₂為正極反應物，40%的KOH溶液為電解質溶液，請寫出C_xH_yO_z-O₂-KOH燃料電池的負極的電極反應式：

 

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（2）茨城大學研制了一種新型的質子交換膜二甲醚燃料電池（DDFC），該電池有較高的安全性．電池總反應為：CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O，電池示意如右圖，下列說法不正確的是：

 

A．a極為電池的負極
B．電池工作時電流由b極沿導線經燈泡再到a極
C．電池正極的電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
D．電池工作時，1mol二甲醚被氧化時有6mol電子轉移
（3）若用C₃H₈-O₂-KOH構成燃料電池，當有11克丙烷在電池的負極完全反應，則在電池的外電路上轉移的電子的物質的量為

 

mol；此過程中放出的總能量為A KJ，并已知1molCO₂與足量KOH溶液反應放出的熱量為B KJ．寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式．

 

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（4）將一定數量的C₃H₈-O₂-KOH燃料電池按一定方式進行串聯或者并聯組成電池組以滿足電解需要的電壓．現用該電池組電解500mL某CuSO₄的稀溶液，電解后的溶液需要加入98克Cu（OH）₂才能使溶液恢復到原硫酸銅溶液的濃度和質量．若忽略電池組在電解過程中的能量損失，其能量全部用來電解CuSO₄溶液，計算：
①原CuSO₄的溶液的濃度．
②該電池組消耗的丙烷在標準狀況時的體積．

Answer 1

分析：（1）燃料電池中，負極是燃料發生失電子的氧化反應；
（2）A、燃料電池中，通入燃料的電極是負極；
B、電池工作時電流由正極沿導線到負極；
C、燃料電池中，通入燃料的電極是正極；
D．根據電池反應來確定電子轉移的數目．
（3）根據丙烷燃燒的化學方程式和熱化學方程式的含義來回答；
（4）根據反應2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，電解后的溶液要復原原則是：出什么加什么，需要加入98克Cu（OH）₂才能使溶液恢復到原硫酸銅溶液的濃度和質量，說明原溶液中1molCuSO₄溶質電解完后，生成的H₂SO₄溶液發生了電解，即有1molH₂O發生了電解，進而確定轉移電子的數目，確定CuSO₄的溶液的濃度，根據電子守恒來確定該電池組消耗的丙烷的體積．

解答：解：（1）在燃料電池中，正極上是氧氣發生得電子的反應還原反應，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負極是燃料CxHyOz發生失電子的氧化反應，正極加上負極反應即為總的燃料燃燒反應方程式，負極反應等于總反應減去正極反應，即C_xH_yO_z+（6x+y-2z）OH^--（4x+y-2z）e^-=xCO₃^2-+（3x+y-z）H₂O，
故答案為：C_xH_yO_z+（6x+y-2z）OH^--（4x+y-2z）e^-=xCO₃^2-+（3x+y-z）H₂O；
（2）A、燃料電池中，通入燃料二甲醚的電極a是負極，故A正確；
B、電池工作時電流由正極b沿導線到負極a，故B正確；
C、燃料電池中，通入氧氣的電極是正極，在酸性環境下的電極反應為：O₂+4OH^-+4e^-=2H₂O，故C錯誤；
D．根據電池反應CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O可知道電子轉移的數目是12，故D錯誤．
故選CD；
（3）根據丙烷燃燒的化學方程式：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3 CO₂（g）+4H₂O（l）可知，當消耗44g丙烷時，轉移電子的物質的量是20mol，所以當有11克丙烷在電池的負極完全反應，則在電池的外電路上轉移的電子的物質的量為5mol，1molCO₂與足量KOH溶液反應放出的熱量為B KJ，則3molCO₂與足量KOH溶液反應放出的熱量為3B KJ，當有11克丙烷在電池的負極完全反應的過程中放出的總能量為A KJ，所以C₃H₈（g）+5O₂（g）=3 CO₂（g）+4H₂O（l）放出的熱量是（4A-3B）KJ，即C₃H₈（g）+5O₂（g）=3 CO₂（g）+4H₂O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol，故答案為：5；C₃H₈（g）+5O₂（g）=3 CO₂（g）+4H₂O（l）；△H=-（4A-3B）KJ/mol；
（4）①CuSO4溶液發生電解的方程式為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，離開反應體系的相當于是CuO，現在要加入98克（1mol）Cu（OH）₂才能使溶液恢復到原硫酸銅溶液的濃度和質量，說明原溶液中1molCuSO4溶質電解完后，生成的H2SO4溶液發生了電解，即有1molH₂O發生了電解，轉移的電子總數為4mol，當轉移4mol電子時，根據Cu²⁺+2e^-=Cu得知銅離子的物質的量為2mol，所以原CuSO₄的溶液的濃度c=

2mol

0.5L

=4mol/L，答：原CuSO₄的溶液的濃度4mol/L；
②根據丙烷燃燒的化學方程式：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3 CO₂（g）+4H₂O（l）可知，當消耗44g丙烷時，轉移電子的物質的量是20mol，即C₃H₈～20e^-，當轉移4mol電子時，消耗丙烷的量是0.2mol，體積是0.2mol×22.4L/mol=44.8L，答：該電池組消耗的丙烷在標準狀況時的體積為44.8L．

點評：本題是一道綜合知識題目，考查角度廣，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度很大．