Question

13．某化學(xué)興趣小組用如圖所示裝置進(jìn)行電化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)探究，回答下列問題：
（1）通O₂的Pt電極為電池正極（填電極名稱），其電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）若B電池為電鍍池，目的是在某鍍件上鍍一層銀，則X電極材料為Ag，電解質(zhì)溶液為AgNO₃溶液．
（3）若B電池為精煉銅，且粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，在X電（填“X”或“Y”）周圍有固體沉積，該電極的電極反應(yīng)式為Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺．
（4）若X、Y均為Pt，B電池的電解質(zhì)溶液為500mL 1.0mol/L的NaCl溶液，當(dāng)電池工作一段時(shí)間斷開電源K，Y電極有560mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）無色氣體生成（假設(shè)電極產(chǎn)生氣體完全溢出，溶液體積不變）．恢復(fù)到常溫下，B電池溶液的pH=13，要使該溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需加入0.05molHCl（填物質(zhì)并注明物質(zhì)的量）．
（5）若X、Y均是銅，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，電池工作一段時(shí)間，X極附近生成磚紅色沉淀，查閱資料得知是Cu₂O，試寫出該電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）若X、Y均是Pt，電解質(zhì)溶液為Na₂SO₄溶液，通電一段時(shí)間后，在陰極上逸出a mol氣體，同時(shí)有Wg Na₂SO₄•10H₂O 晶體析出，若溫度不變，此時(shí)剩余溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%．

Answer 1

分析 （1）左邊是燃料電池，右邊是電解池，通氧氣的一極是正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液是硝酸銀溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進(jìn)入溶液，所以陽極泥的主要成分是Ag、Au；
（4）電解飽和食鹽水陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣；依據(jù)電解原理分析，書寫電池反應(yīng)，依據(jù)生成的氣體體積，計(jì)算氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)計(jì)算氫離子濃度計(jì)算溶液pH；恢復(fù)溶液濃度依據(jù)出什么，加什么的原則分析；
（5）X電極是陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時(shí)，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，實(shí)際上是電解的水，發(fā)生總反應(yīng)2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導(dǎo)致析出晶體，剩余的電解質(zhì)溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算即可

解答 解：（1）A池是燃料電池，B池是電解池，通氧氣的一極是正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案為：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以X電極材料為銀，電解質(zhì)溶液是硝酸銀溶液，故答案為：Ag；AgNO₃溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進(jìn)入溶液，Ag、Au不參與反應(yīng)，在陽極上沉積，陽極分別發(fā)生Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：X；Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；
（4）Y電極與原電池的負(fù)極相連，電極氫離子得到電子生成氫氣，生成氫氣560ml的物質(zhì)的量=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，依據(jù)電解方程式：
2Cl^-+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
         1          2
      0.025mol      n
$\frac{1}{0.025mol}=\frac{2}{n}$，解得：n=0.05mol
C（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，
C（H⁺）=$\frac{Kw}{C（O{H}^{-}）}$$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，pH=-lg[H⁺]=13；所以應(yīng)加入0.025mol×2=0.05mol的HCl恢復(fù)原狀態(tài)，
故答案為：13；0.05molHCl；
（5）X電極是陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故答案為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時(shí)，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導(dǎo)致析出晶體，剩余的電解質(zhì)溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，
w g Na₂SO₄•10H₂O硫酸鈉的質(zhì)量=w g×$\frac{142}{322}$=$\frac{71W}{161}$g，
設(shè)電解水的質(zhì)量為x：
2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，
36g 2mol
x amol
x=18ag
所以飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{71W}{161}g}{（W+18a）g}$×100%=$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%，故答案為：$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%．

點(diǎn)評 本題考查原電池、電解池工作原理，正確推斷燃料電池正負(fù)極是解本題的關(guān)鍵，難點(diǎn)是溶液的pH計(jì)算，根據(jù)電解飽和食鹽水的離子方程式分析解答．