Question

7．某化學興趣小組用下圖所示裝置進行電化學原理的實驗探究，回答下列問題：
（1）通O₂的Pt電極為電池正極（填電極名
稱），其電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）若B電池為電鍍池，目的是在某鍍件上鍍一層
銀，則X電極材料為Ag，電解質溶液為AgNO3溶液．
（3）若B電池為精煉銅，且粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質，在X電極（填“X”或“Y”）周圍有固體沉積，沉積固體的成分為Ag、Au．
（4）若X、Y均為Pt，B電池的電解質溶液為500mL 1.0mol/L的NaCl溶液，當電池工作一段時間斷開電源K，Y電極有560mL（標準狀況）無色氣體生成（假設電極產生氣體完全溢出，溶液體積不變）．恢復到常溫下，B電池溶液的pH=13，要使該溶液恢復到原來的狀態，需加入0.05molHCl（填物質并注明物質的量）．
（5）若X、Y均是銅，電解質溶液為NaOH溶液，電池工作一段時間，X極附近生成磚紅色沉淀，查閱資料得知是Cu₂O，試寫出該電極發生的電極反應式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）若X、Y均是Pt，電解質溶液為飽和Na₂SO₄溶液，通電一段時間后，在陰極上逸出c mol氣體，同時有N g Na₂SO₄•10H₂O 晶體析出，若溫度不變，此時剩余溶液的溶質的質量分數為$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%．
通過以上題目，請總結書寫電極反應式的關鍵根據電極上發生的氧化或還原反應結合溶液的酸堿性書寫．

Answer 1

分析 （1）左邊是燃料電池，右邊是電解池，通氧氣的一極是正極發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發生氧化反應，電解質溶液是硝酸銀溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進入溶液，所以陽極泥的主要成分是Ag、Au；
（4）電解飽和食鹽水陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣；依據電解原理分析，書寫電池反應，依據生成的氣體體積，計算氫氧根離子濃度，結合離子積常數計算氫離子濃度計算溶液pH；恢復溶液濃度依據出什么，加什么的原則分析；
（5）X電極是陽極發生氧化反應，電極反應式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，實際上是電解的水，發生總反應2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導致析出晶體，剩余的電解質溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，根據質量分數公式計算即可；書寫電極方程式時要注意電極上發生的反應以及溶液的酸堿性．

解答 解：（1）A池是燃料電池，B池是電解池，通氧氣的一極是正極發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發生氧化反應，所以X電極材料為銀，電解質溶液是硝酸銀溶液，
故答案為：Ag；AgNO₃溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進入溶液，所以陽極泥的主要成分是Ag、Au，
故答案為：Ag、Au；
（4）Y電極與原電池的負極相連，電極氫離子得到電子生成氫氣，生成氫氣560ml的物質的量=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，依據電解方程式：
2Cl^-+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
         1           2
     0.025mol        n
n=$\frac{0.025mol×2}{1}$=0.05mol
C（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，
C（H⁺）=10^-13mol/L，pH=-lg[H⁺]=13；所以應加入0.025mol×2=0.05mol的HCl恢復原狀態，
故答案為：13；0.05molHCl；
（5）X電極是陽極發生氧化反應，電極反應式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導致析出晶體，剩余的電解質溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，
N g Na₂SO₄•10H₂O硫酸鈉的質量=Ng×$\frac{142}{322}$=$\frac{71N}{161}$g，
設電解水的質量為xg：
2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，
36g           2mol
x             cmol
x=18cg
所以飽和溶液的質量分數=$\frac{\frac{71N}{161}}{N+18c}$×100%=$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%；
書寫電極方程式時要根據正負極或陰陽極上參加反應的物質或離子書寫，同時要注意溶液的酸堿性對電極方程式的影響；
故答案為：$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%；根據電極上發生的氧化或還原反應結合溶液的酸堿性書寫．

點評 本題考查原電池、電解池工作原理，正確推斷燃料電池正負極是解本題的關鍵，難點是溶液的pH計算和溶質的質量分數，根據電解飽和食鹽水的離子方程式分析解答，側重于考查學生的分析能力和計算能力．