Question

10．如圖所示，裝置Ⅰ為乙烯（C₂H₄）燃料電池（電解質溶液為KOH溶液），通過裝置Ⅱ實現鐵棒上鍍銅．

①a處應通入C₂H₄（填“C₂H₄”或“O₂”），a處電極上發生的電極反應式是C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O；
②電鍍結束后，裝置Ⅰ中KOH溶液的濃度變小（填寫“變大”“變小”或“不變”，下同），裝置Ⅱ中Cu²⁺的物質的量濃度不變；
③電鍍結束后，裝置Ⅰ溶液中的陰離子除了OH^-以外還含有CO₃^2-；
④在此過程中若完全反應，裝置Ⅱ中陰極質量變化12.8g，則裝置Ⅰ中理論上消耗乙烯0.75L（標準狀況下）．

Answer 1

分析 ①II中首先鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、正極上通入氧化劑；C₂H₄失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
②根據I中氫氧根離子濃度變化確定溶液pH變化；II中發生電鍍，陽極上溶解的銅質量等于陰極上析出銅的質量；
③I中還有碳酸根離子生成；
④根據轉移電子相等計算消耗甲烷的體積．

解答 解：①II中首先鍍銅，則Cu作陽極、Fe作陰極，I中a處電極為負極、b處電極為正極，負極上通入燃料、正極上通入氧化劑，所以a處通入的氣體是C₂H₄；C₂H₄失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應為C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O，
故答案為：C₂H₄；C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O；
②根據I中電池反應為C₂H₄+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+4H₂O，KOH參加反應導致溶液中KOH濃度降低，則溶液的pH減小；
II中發生電鍍，陽極上溶解的銅質量等于陰極上析出銅的質量，則溶液中銅離子濃度不變，
故答案為：變小；不變；
③I中負極反應為C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O，所以還有碳酸根離子生成，故答案為：CO₃^2-；
④裝置Ⅱ中陰極質量變化12.8g，則轉移電子為$\frac{12.8g}{64g/mol}$×2=0.4mol，串聯電路中轉移電子相等，所以消耗乙烯的體積=$\frac{1}{12}$×0.4mol×22.4L/mol≈0.75L，
故答案為：0.75．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，根據電解池中Cu、Fe電極上發生的反應確定燃料電池中正負極及電極上通入的氣體，再結合轉移電子相等計算，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等．