Question

13．如圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜（甲醚具有可燃性，是一種常用的燃料）．

根據要求回答相關問題
（1）裝置甲中通入燃料甲醚的一極是負極（填“正極”或“負極”），寫出正極的電極反應式：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
（2）裝置乙中Fe為陰極（填“陽極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置的陽極泥中含有Ag，反應一段時間后，硫酸銅溶液濃度將減小（填“增大”、“減小”或“不變”．）
（4）當裝置甲中消耗0.05molO₂時，裝置乙中溶液的pH為14（溶液體積為200mL不變）

Answer 1

分析 （1）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，投放氧化劑的電極是正極，正極上氧化劑得電子發生還原反應；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負極的電極是陰極，連接原電池正極的電極是陽極，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，注意如果活潑電極作陽極，則陽極上電極材料放電而不是溶液中陰離子放電；
（3）粗銅精煉時，粗銅作陽極，陽極上金屬失電子，陰極上銅離子得電子，根據陰陽極上金屬的變化確定溶液中銅離子是否變化；
（4）當裝置甲中消耗0.05molO₂時，由電極方程式O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-可知轉移0.2mol電子，裝置乙中陰極發生2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-，可知生成0.2molOH^-，以此計算．

解答 解：（1）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，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氧氣的電極是正極，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，正極發生還原反應，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：負極；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（2）乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負極，所以是陰極，則石墨電極是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案為：陰； 2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅失電子進入溶液，銀沉積在陽極附近，形成電極泥，陰極上析出銅，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：Ag；減小；
（4）當裝置甲中消耗0.05molO₂時，由電極方程式O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-可知轉移0.2mol電子，裝置乙中陰極發生2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-，可知生成0.2molOH^-，溶液體積為200mL，則c（OH^-）=1mol/L，則pH=14，
故答案為：14．

點評 本題以原電池和電解池原理為載體考查了電極反應式的書寫、物質的量的有關計算等知識點，注意燃料電池中電極反應式的書寫要結合電解質溶液的酸堿性，燃料相同，如果電解質溶液不同，電極反應式則不同，為易錯點．