Question

3．某化學興趣小組用如圖所示裝置進行電化學原理的實驗探究，試回答下列問題：
（1）通O₂的Pt電極為電池正極（填電極名稱），其電極方程式為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，則該電池陽極泥的主要成分是Ag、Au．
（4）若B電池的電解質溶液為500mL 1.0mol/L的NaCl溶液，X、Y皆為惰性電極，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），此時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．

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．

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
$\frac{1}{0.025mol}=\frac{2}{n}$，解得：n=0.05mol
C（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，
C（H⁺）=$\frac{Kw}{C（O{H}^{-}）}$$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=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．

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，根據電解飽和食鹽水的離子方程式分析解答．