Question

如圖1所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜．請(qǐng)按要求回答相關(guān)問(wèn)題：

（1）甲烷燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式是：

 

；
（2）石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為

 

；
（3）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體體積為

 

L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為

 

g；
（4）某同學(xué)利甲烷燃料電池設(shè)計(jì)電解法制取漂白液或Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2所示）．
若用于制漂白液時(shí)a為電池

 

極，電解質(zhì)溶液最好用

 

．
若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陽(yáng)極選用

 

作電極．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題

分析：燃料電池中，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極．
（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨是陽(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．
（3）根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算鐵電極上生成氫氣的體積、丙裝置中析出銅的質(zhì)量．
（4）電解飽和食鹽水時(shí)，陰極上析出氫氣，陽(yáng)極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分；若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，陽(yáng)極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．

解答： 解：燃料電池中，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極．
（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：
CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+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(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
（3）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標(biāo)準(zhǔn)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=

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(shè)生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)量為yg．
2H⁺+2e^-=H₂↑
  2mol 22.4L
 0.4mol xL
x=4.48
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
    2mol  64g
  0.4mol  yg
y=12.8
故答案為：4.48；12.8．
（4）電解飽和食鹽水時(shí)，陰極上析出氫氣，陽(yáng)極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分，B電極上生成氯氣，氯氣的密度小于溶液的密度，所以生成的氯氣上升，能和氫氧化鈉溶液充分的接反應(yīng)生成次氯酸鈉，所以A極上析出氫氣，即A極是陰極，所以a為電池負(fù)極；若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，如果陽(yáng)極是惰性電極，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵，所以陽(yáng)極上應(yīng)該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．
故答案為：負(fù)極；飽和食鹽水；鐵．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理及物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算，難點(diǎn)是（4）題中電解質(zhì)溶液的選取及電極材料的選取，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行正確選取即可．