Question

【題目】如圖所示，某同學設計一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理， 其中乙裝置中 X 為陽離子交換膜。

根據(jù)要求回答相關問題：

(1)寫出負極的電極反應式_____

(2)寫出石墨電極的電極反應式_____________

(3)反應一段時間后，乙裝置中生成氫氧化鈉主要在_________(填“鐵極”或“石墨極”)區(qū)。

(4)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中陽極上電極反應式為_________，反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將_____(填“增大”“減小”或“不變”)。

(5)若在標準狀況下，有 2.24 L 氧氣參加反應，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數(shù)目為_____；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為_____。

Answer 1

【答案】CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O 2Cl--2e-═Cl2↑ 鐵極 Cu-2e-=Cu2+和Zn-2e-=Zn2+ 減小 0.2×6.02×1023 12.8g

【解析】

(1)燃料電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，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；

(2)電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負極的電極是陰極，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，注意如果活潑電極作陽極，則陽極上電極材料放電而不是溶液中陰離子放電；

(3)電解飽和氯化鈉溶液時，陰極上氫離子放電，導致氫氧根離子濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性；

(4)粗銅精煉時，粗銅作陽極，陽極上金屬失電子，陰極上銅離子得電子，根據(jù)陰陽極上金屬的變化確定溶液中銅離子是否變化；

(5)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數(shù)及丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量。

(1)燃料電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，負極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O；

(2)乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負極，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，電極反應式為：2Cl--2e-═Cl2↑；

(3)乙池中陰極是鐵，陽極是碳，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導致陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子濃度溶液呈堿性，所以乙裝置中生成氫氧化鈉主要在鐵極區(qū)；

(4)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，陽極上除了銅，還有鋅失電子進入溶液，發(fā)生的電極反應式為Cu-2e-=Cu2+和Zn-2e-=Zn2+，陰極上析出銅，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將減��；

(5)根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣和銅的關系式為：O2~~~~~2H2~~~~~2Cu，設生成氫氣的分子數(shù)是x，生成銅的質(zhì)量是y，則乙裝置中鐵電極上生成的氫氣的分子數(shù)目為2mol×6.02×1023mol-1=0.2×6.02×1023；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為×2×64g/mol=12.8g。