Question

19．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（含少量鋅、金、銀等雜質）的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜．請按要求回答相關問題：
（1）甲烷燃料電池正極反應式是O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
（2）乙裝置中陽離子通過X膜向Fe極（填“Fe”或“C”）移動，石墨（C）極的電極反應式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（3）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則丙裝置中陰極析出銅的質量為12.8g，硫酸銅溶液的濃度將減小（填“增大”、“減小”或“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，電解質里的陽離子移向陰極；
（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；串聯電池中轉移電子數相等，根據轉移電子數相等計算丙裝置中陰極析出銅的質量．

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，電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；故答案為：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，陽離子通過X膜向陰極移動，所以陽極石墨上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案為：Fe；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，反應式為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，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； 根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣、氫氣和銅的關系式為：O₂----2H₂----2Cu，設生成銅的質量是x．
O₂～2H₂～2Cu
22.4L    128g
2.24L    x
x=12.8g
故答案為：12.8g；減小．

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．