Question

【題目】如圖所示，某同學設(shè)計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理的相關(guān)問題，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關(guān)問題：

（1）石墨電極(C)作_________極，若丙池中W為Na2SO4溶液并滴有酚酞，實驗開始后觀察到的現(xiàn)象是________甲中甲烷燃料電池的負極反應(yīng)式為___________________________。

（2）若消耗2.24 L(標況)氧氣，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體體積(標況)為_________ L。

（3）若丙中以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉，下列說法正確的是__________________。

A．b電極為粗銅 B．粗銅接電源正極，發(fā)生還原反應(yīng)

C．CuSO4溶液的濃度保持不變 D．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬

（4）假設(shè)乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標準狀況下，有224 mL氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中陽離子交換膜，左側(cè)溶液質(zhì)量將__________________，（填“增大”“減小”或“不變”），且變化了__________________克。

Answer 1

【答案】陽 兩電極均有氣泡冒出，左邊a電極附近溶液變紅 CH4+10OH--8e-=CO+7H2O 4.48 AD 增大 0.88

【解析】

本題首先必須從燃料電池入手，分析出正、負極，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，與負極相連的為電解池的陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，與正極相連的電極為陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算鐵電極上生成氫氣的體積；銅的精煉時，粗銅為陽極，純銅為陰極，陽極上Cu以及活潑性比Cu強的金屬失電子，陰極上銅離子得電子生成Cu；氯堿工業(yè)中的電解原理，用差量法即可求出溶液的增減。

已知在燃料電池中，投放燃料的一極是負極，所以投放甲烷的電極是負極，投放氧氣等氧化劑的一極是正極，故投放氧氣的是正極，與原電池正極相連的電極為陽極，故石墨電極C作為陽極，丙裝置中a為陰極，b為陽極，電解硫酸鈉溶液，實質(zhì)上電解水，故a極發(fā)生的電極反應(yīng)式為，b極發(fā)生的電極反應(yīng)式為，故現(xiàn)象為兩電極均有氣泡冒出，左邊a電極附近溶液變紅；燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫一般為：首先寫出總反應(yīng)式（注意生成物與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)），再寫出正極反應(yīng)式，最后用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得到負極反應(yīng)式，KOH作電解質(zhì)時，甲烷燃料電池總反應(yīng)為，正極反應(yīng)式為：，負極反應(yīng)式等于總反應(yīng)減去正極反應(yīng)式即可，必須減去全部氧氣，故負極反應(yīng)式為，故答案為：陽；兩電極均有氣泡冒出，左邊a電極附近溶液變紅；；

（2）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=×4=0.4mol，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，設(shè)生成氫氣的體積為xL；

x=4.48，故答案為：4.48；

（3）A．b與正極相連為陽極，b電極為粗銅，故A正確；

B．粗銅接電源正極，作陽極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，故B錯誤；

C．陽極上Cu以及活潑性比Cu強的金屬失電子，陰極上銅離子得電子生成Cu，溶解的金屬與析出的金屬不相等，所以CuSO4溶液的濃度會改變改變，有所減小，故C錯誤；

D．Ag、Pt、Au等活潑性比Cu弱的金屬在陽極不反應(yīng)，形成陽極泥，所以利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬，故D正確；

故答案為：AD；

（4）乙裝置中左側(cè)為陰極區(qū)，發(fā)生的反應(yīng)為：，又中間又陽離子交換膜，故Na+通過陽離子交換膜進入到左側(cè)溶液中，故左側(cè)溶液質(zhì)量將增大；若在標準狀況下，有224 mL氧氣參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=×4=0.04mol，則進入左側(cè)去的Na+的物質(zhì)的量也為0.04mol，左側(cè)區(qū)放出的H2為0.02mol，故左側(cè)區(qū)溶液增重的質(zhì)量為：m=0.04mol×23g/mol-0.02mol×2g/mol=0.88g,故答案為：增大 0.88。