Question

14．某同學利用CuSO₄溶液，進行以下實驗探究．
①圖1是根據反應Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄設計成的鋅銅原電池．Cu極的電極反應式是Cu²⁺+2e^-═Cu，鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時K⁺向乙移動（填“甲”或“乙”）．
②圖2中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）的結構示意圖，該同學想在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則b處通入的是O₂（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發生的電極反應式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；當銅電極的質量變化3.2g，則消耗的CH₄在標準狀況下的體積為0.28L．

Answer 1

分析 ①該原電池中銅作正極，正極上銅離子得電子發生還原反應，原電池放電時陽離子向正極移動；
②在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則銅作陽極，鐵作陰極，連接陽極的是原電池正極，正極上得電子發生還原反應，負極上失電子發生氧化反應，根據轉移電子數相等計算甲烷的體積．

解答 解：①根據反應Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，結合圖一可知，Zn為負極，Cu為正極，銅離子在Cu電極上得電子析出Cu，電極反應式為Cu²⁺+2e^-═Cu，
鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時，Cl^-向負極移動，K⁺向正極移動，所以，K⁺向乙裝置移動，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，電鍍時，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負極，所以a應通入CH₄，鍍層金屬作電解池的陽極，發生氧化反應，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應通入O₂．甲烷堿性燃料電池a處電極上CH₄放電，發生氧化反應，電極反應式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根據電子轉移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.1mol，
n（CH₄）=$\frac{1}{80}$mol，所以v（CH₄）=$\frac{1}{80}$×22.4L/mol=0.28L，
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，燃料電池電極反應式的書寫是學習的難點，要注意結合電解質溶液的酸堿性寫電極反應式．