Question

(14分)如圖所示，某同學設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，丙中滴有少量的酚酞試液。

請按要求回答相關(guān)問題：

（1）甲烷燃料電池負極電極反應式是： 。

（2）石墨電極(C)的電極反應式為______________________________。

（3）若在標準狀況下，有2.24 L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體體積為___ L。

（4）銅絲a處在開始一段時間的現(xiàn)象為______________；原因是________________________________________________________________________。

（5）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．電能全部轉(zhuǎn)化為化學能

b．粗銅接電源正極， 發(fā)生氧化反應

c．溶液中Cu2＋向陽極移動

d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬

（6）利用反應2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應設計為原電池，其正極電極反應為____________________________。

 

Answer 1

（14分）每個空2分

（1）CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑ （3）4.48

（4）溶液變紅 由于2H＋＋2e－= H2↑，水的電離平衡正向移動，使溶液顯堿性，酚酞遇堿變紅（5）bd

（6）4H＋＋O2＋4e－===2H2O

【解析】

試題分析：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-=CO32-+7H2O。

（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↑。

（3）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，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2.24L÷22.4L/mol×4＝0.4mol，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(zhì)量為yg，

2H++2e- =H2↑

2mol 22.4L

0.4mol xL

解得 x=4.48。

（4）銅絲a連接燃料電池的負極，為陰極，發(fā)生的電極反應為：2H＋＋2e－= H2↑，所以水的電離平衡正向移動，使溶液顯堿性，酚酞遇堿變紅。

（5）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。a．電能只有部分轉(zhuǎn)化為化學能，還有熱能等能量的轉(zhuǎn)化，故a錯誤；b．電解時，粗銅接電源正極，作陽極，該極上發(fā)生氧化反應，故b正確；c．電解池中的陽離子移向陰極，即溶液中Cu2+向陰極移動，故c錯誤；d．不參與電極反應的Ag、Pt、Au等金屬可以形成陽極泥，故從陽極泥中可回收Ag、Pt、Au等金屬，故d正確。

（6）原電池正極發(fā)生的是化合價降低得電子的反應，根據(jù)方程式可知是O2得電子，由于H2SO4存在，所以發(fā)生的O2酸性條件下的電極反應：4H++O2+4e-═2H2O。

考點：本題考查電解原理與原電池原理及應用。