Question

7．如圖所示，某同學(xué)設(shè)計一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和電解CuSO₄溶液，其中乙裝置中X為陽離子交換膜．

根據(jù)要求回答相關(guān)問題：
（1）通入氧氣的電極為正極（填“正極”或“負(fù)極”），正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．
（2）鐵電極為陰極（填“陽極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（3）反應(yīng)一段時間后，乙裝置中生成氫氧化鈉主要在鐵極區(qū)．（填“鐵極”或“石墨極”）
（4）乙裝置中電解的總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑
（5）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有1.12L氧氣參加反應(yīng)，丙裝置中陰極增重的質(zhì)量為6.4g．

Answer 1

分析 （1）燃料電池是將化學(xué)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(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，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(yīng)；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負(fù)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(dǎo)致氫氧根離子濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性；
（4）乙裝置陽極為惰性電極電解飽和氯化鈉溶液，據(jù)此寫出電解總反應(yīng)；
（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)相等計算丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量．

解答 解：（1）燃料電池是將化學(xué)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(fù)極，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氧氣的電極是正極，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
故答案為：正極，O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
（2）燃料電池相當(dāng)于電源，乙裝置有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負(fù)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(yīng)式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案為：陰極；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）乙裝置中陰極是鐵，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(dǎo)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)；
故答案為：鐵極；
（4）乙裝置陽極為惰性電極電解飽和氯化鈉溶液，陽極氯離子放電生成氯氣，陰極水電離出的氫離子放電生成氫氣，則電解總反應(yīng)離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；
（5）丙裝置中陰極增重的質(zhì)量為析出銅的質(zhì)量，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣和銅的關(guān)系式為：O₂----2H₂----2Cu，設(shè)生成銅的質(zhì)量是y．
O₂-------2Cu
22.4L     128g
1.12L       y
 y=6.4g；
 故答案為：6.4g．

點評 本題以原電池和電解池原理為載體考查了電極反應(yīng)式的書寫、物質(zhì)的量的有關(guān)計算等知識點，注意燃料電池中電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，燃料相同，如果電解質(zhì)溶液不同，電極反應(yīng)式則不同，為易錯點．