Question

如圖甲所示，A、F為石墨電極，B、E為鐵片電極．按要求回答下列問題：

（1）打開K₂，閉合K₁，B為

負

極，A的電極反應為

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

，最終可觀察到的現象是

溶液中有紅褐色沉淀生成

．
（2）打開K₁，閉合K₂，E為

陰

極，檢驗F極產生氣體的方法是

用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍

．該裝置中發生反應的化學方程式為

2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）、（2）操作時，

A、E

極周圍能變紅（填A、B、E、或F）．
（4）若電源選用燃料電池，結構如圖乙，以熔融碳酸鹽為電解質（非水溶濟，能夠傳導CO₃^2-），電池工作時電解質組成保持穩定，通入甲烷的電極為

負

極，請寫出正極反應的方程式

2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-

，若在標況下消耗11.2L的甲烷，電解NaCl溶液產生的H₂的物質的量為

1.5

mol（假設燃料電池能量轉化率為75%）．

Answer 1

分析：（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負極，石墨作正極，正極上反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；負極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，發生的反應方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（2）打開K₁，閉合K₂，該裝置是電解池，F是陽極，E是陰極，陽極上氯離子放電，陰極上氯離子放電；檢驗氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍就是氯氣，否則不是；
（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）（2）操作時，電極周圍能變紅說明產生氫氧根離子，結合電極方程式判斷；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷被負極反應，被氧化，負極反應為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，結合電極方程式計算．

解答：解：（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
負極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子 反應生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，反應方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；
4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，可溶液中有紅褐色沉淀生成，
故答案為：負；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；溶液中有紅褐色沉淀生成；
（2）該裝置是電解池，E是陰極，F是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陽極上生成氯氣，檢驗氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，如果用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍，證明是氯氣，反應的總方程式為2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：陰；用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍；2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若往U型管中滴加酚酞，進行（1）操作時，該裝置是原電池，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，導致A附近溶液呈堿性，所以酚酞試液變紅，
若往U型管中滴加酚酞，進行（2）操作時，陰極上氫離子放電導致溶液中氫氧根濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性，加入酚酞試液會變紅，
故答案為：A、E；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷被負極反應，被氧化，負極反應為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，若在標況下消耗11.2L的甲烷，即0.5mol，則轉移電子2mol，由2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，理論上生成氫氣2mol，但燃料電池能量轉化率為75%，則生成氫氣的物質的量為2×75%=1.5mol，
故答案為：負；2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-；1.5．

點評：本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發生反應的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應式的書寫與電解質溶液的酸堿性有關．