Question

17．如圖所示（乙裝置中X為陽離子交換膜，甲醚的結構簡式為CH₃OCH₃）

根據要求回答下列相關問題：
（1）寫出負極的電極反應：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．
（2）氫氧化鈉主要在鐵極（填“鐵極”或“石墨極”）區生成．
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，則粗銅的電極反應為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺．
（4）反應一段時間，硫酸銅溶液的濃度將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）若在標準狀況下有2.24L氧氣參加反應，丙裝置中陰極析出銅的質量為12.8g．
（6）若將丙裝置改成在標準狀況下，用石墨作電極電解體積為2L的CuSO₄溶液，寫出電解CuSO₄溶液時的離子反應方程式2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；當電解適當時間后斷開電源，發現只需補充22.2g固體Cu₂（OH）₂CO₃即可使電解液恢復到原濃度與體積，則原CuSO₄溶液的濃度是0.1mol/L；若將丙設計成在鍍件上鍍銅的裝置，該如何改動，請用簡要的語言敘述：將陽極粗銅改成純銅，將陰極純銅改成鍍件．
（7）若將乙中的交換膜去掉，發現只有H₂逸出，則試寫出乙池中發生的總反應：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）甲裝置為燃料電池是將化學能轉變為電能的裝置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，負極上燃料失電子發生氧化反應；
（2）乙裝置為電解氯化鈉裝置，鐵電極連接原電池的負極，為電解池的陰極，石墨為陽極，氫氧化鈉在陰極生，；
（3）丙裝置為精煉銅裝置，活潑性Zn＞Cu＞Ag，陽極上鋅、銅被氧化；
（4）根據轉移電子數相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將減小；
（5）據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣和銅的關系式為：O₂-----2Cu計算；
（6）用石墨作電極電解體積為2L的CuSO₄溶液生成銅、氧氣和硫酸；補充22.2gA即Cu₂（OH）₂CO₃，其物質的量為0.1mol，即可使電解液恢復原濃度與體積，根據銅元素守恒可知，n[CuSO₄]=0.2mol，根據c=$\frac{n}{V}$計算；若將丙設計成在鍍件上鍍銅的裝置，則銅作陽極，鍍件作陰極；
（7）若將乙中的交換膜去掉，發現只有H₂逸出，則生成的氯氣與氫氧化鈉繼續反應生成氯化鈉和次氯酸鈉，據此書寫．

解答 解：（1）甲裝置為燃料電池是將化學能轉變為電能的裝置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，負極上甲醚失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（2）乙裝置為電解氯化鈉裝置，鐵電極連接原電池的負極，為電解池的陰極，石墨為陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導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，故答案為：鐵極；
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅、銀失電子進入溶液，陰極上析出銅離子，陽極電極方程式分別為Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；
（4）由（3）陽極電極方程式分別為Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，根據轉移電子數相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將減小，
故答案為：減小；
（5）根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣和銅的關系式為：O₂----2Cu，設生成銅的質量是x，
O₂---------2Cu
22.4L   128g
2.24L     x
x=12.8g，
故答案為：12.8 g；
（6）用石墨作電極電解體積為2L的CuSO₄溶液生成銅、氧氣和硫酸，離子方程式為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺，補充22.2gA即Cu₂（OH）₂CO₃，其物質的量為0.1mol，即可使電解液恢復原濃度與體積，根據銅元素守恒可知，n[CuSO₄]=0.2mol，所以則原溶液CuSO₄的濃度是$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol•L^-1；若將丙設計成在鍍件上鍍銅的裝置，則銅作陽極，鍍件作陰極，所以將陽極粗銅改成純銅，將陰極純銅改成鍍件即可，故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+4H⁺；0.1；將陽極粗銅改成純銅，將陰極純銅改成鍍件；
（7）若將乙中的交換膜去掉，發現只有H₂逸出，則生成的氯氣與氫氧化鈉繼續反應生成氯化鈉和次氯酸鈉，總反應為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，故答案為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．

點評 本題考查原電池和電解池知識，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握電極方程式的書寫，為解答該題的關鍵，結合串聯電路的特點解答該題，難度不大．