Question

Ⅰ．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)．請回答鋼鐵腐蝕、防護(hù)過程中的有關(guān)問題．
請寫出鋼鐵在堿性、潮濕的環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)腐蝕正極的電極反應(yīng)式：    下列哪個裝置示意圖可防止鐵棒被腐蝕    ．
Ⅱ．某同學(xué)利用CuSO₄溶液，進(jìn)行以下實驗探究．
①圖1是根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄設(shè)計成的鋅銅原電池．Cu極的電極反應(yīng)式是    ，鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時K⁺向    移動（填“甲”或“乙”）．
②圖2中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，該同學(xué)想在Ⅱ中實現(xiàn)鐵上鍍銅，則b處通入的是    （填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是    ；當(dāng)銅電極的質(zhì)量變化3.2g，則消耗的CH₄在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為    L．

Answer 1

【答案】分析：I．鋼鐵在堿性條件下發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；金屬作原電池正極或電解池陰極都能被保護(hù)；
II．①該原電池中銅作正極，正極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時陽離子向正極移動；
②在Ⅱ中實現(xiàn)鐵上鍍銅，則銅作陽極，鐵作陰極，連接陽極的是原電池正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算甲烷的體積．
解答：解：I．鋼鐵在堿性、潮濕的環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕，負(fù)極上鐵失電子，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，金屬鐵作原電池正極或電解池陰極都被保護(hù)而防止被腐蝕，A裝置中鐵作原電池負(fù)極加快鐵腐蝕，B裝置中鐵作原電池正極被保護(hù)，在C裝置中，金屬鐵和水以及少量的氧氣接觸，也會被腐蝕，D裝置中鐵作電解池陰極被保護(hù)，故選BD；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；BD；
II．①根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，結(jié)合圖一可知，Zn為負(fù)極，Cu為正極，銅離子在Cu電極上得電子析出Cu，電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-═Cu，
鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時，Cl^-向負(fù)極移動，K⁺向正極移動，所以，K⁺向乙裝置移動，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電鍍時，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負(fù)極，所以a應(yīng)通入CH₄，鍍層金屬作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應(yīng)通入O₂．甲烷堿性燃料電池a處電極上CH₄放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×=0.1mol，
n（CH₄）=mol，所以v（CH₄）=×22.4L/mol=0.28L，
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28．
點評：本題以金屬的腐蝕與防護(hù)為載體考查了原電池和電解池原理，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫是學(xué)習(xí)的難點，要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性寫電極反應(yīng)式．