Question

3．如圖1所示，某同學設計了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．請按要求回答相關問題：

（1）甲烷燃料電池正極反應式是O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；
（2）石墨（C）極的電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為4.48L，丙裝置中陰極析出銅的質量為12.8g；
（4）某同學利用甲烷燃料電池設計電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖2所示），用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉作電解質溶液，陽極選用鐵作電極．
（5）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置的陽極泥中含有Ag，反應一段時間后，硫酸銅溶液濃度將減小（填“增大”、“減小”或“不變”．）

Answer 1

分析 燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極；
（1）燃料電池中，負極上投放燃料，負極上失電子發(fā)生氧化反應；
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應；
（3）根據(jù)串聯(lián)電池中轉移電子數(shù)相等計算鐵電極上生成氫氣的體積、丙裝置中析出銅的質量；
（4）若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應生成氫氧化亞鐵；
（5）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．

解答 解：（1）燃料電池中，負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正極上是氧氣得電子的還原反應，電極反應式為：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；故答案為：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）串聯(lián)電池中轉移電子數(shù)相等，若在；準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則轉移電子的物質的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，設生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設析出銅的質量為yg．
2H⁺+2e^-=H₂↑
  2mol 22.4L
 0.4mol xL
x=4.48
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
    2mol  64g
  0.4mol  yg
y=12.8
故答案為：4.48；12.8；
（4）如果陽極是惰性電極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵，所以陽極上應該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應生成氫氧化亞鐵．
故答案為：鐵；
（5）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅失電子進入溶液，銀沉積在陽極附近，形成電極泥，陰極上析出銅，根據(jù)轉移電子數(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��；
故答案為：Ag；減小．

點評 本題考查了原電池和電解池原理及物質的量的有關計算，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，難點是（4）題中電解質溶液的選取及電極材料的選取，根據(jù)實驗目的進行正確選取即可．