Question

8．如圖1所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜．

根據(jù)要求回答相關(guān)問(wèn)題：
（1）通入氧氣的電極為正極（填“正極”或“負(fù)極”），其電極反式：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
（2）鐵電極為陰極（填“陽(yáng)極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中陽(yáng)極上電極反應(yīng)式為Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺．反應(yīng)一段時(shí)間，硫酸銅溶液濃度將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數(shù)為0.2×6.02×10²³；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為12.8g．
（5）某同學(xué)利用甲醚燃料電池設(shè)計(jì)電解法制取漂白液或Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2所示）．
①若用于制漂白液，a為電池的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），電解質(zhì)溶液最好用飽和食鹽水．
②若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，陽(yáng)極選用鐵作電極．

Answer 1

分析 （1）燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，投放氧化劑的電極是正極，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時(shí)，連接原電池負(fù)極的電極是陰極，連接原電池正極的電極是陽(yáng)極，陽(yáng)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(yáng)極，則陽(yáng)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(shí)，粗銅作陽(yáng)極，陽(yáng)極上金屬失電子，陰極上銅離子得電子，根據(jù)陰陽(yáng)極上金屬的變化確定溶液中銅離子是否變化；
（4）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數(shù)及丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量；
（5）①電解飽和食鹽水時(shí)，陰極上析出氫氣，陽(yáng)極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分；
②若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，陽(yáng)極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．

解答 解：（1）燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于原電池，投放燃料的電極是負(fù)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(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；故答案為：正極，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(fù)極，所以是陰極，則石墨電極是陽(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案為：陰極；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，陽(yáng)極上不僅銅還有鋅失電子進(jìn)入溶液，反應(yīng)式為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極上析出銅，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等知，陽(yáng)極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應(yīng)一段時(shí)間，硫酸銅溶液濃度將減小；
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；減小；
（4）根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣和銅的關(guān)系式為：O₂----2H₂----2Cu，設(shè)生成氫氣的分子數(shù)是x，生成銅的質(zhì)量是y．
O₂-------2H₂-------2Cu
22.4L 26.02×10²³ 128g
2.24L x y
x=0.2×6.02×10²³　
y=12.8g
故答案為：0.2×6.02×10²³，12.8 g；
（5）①電解飽和食鹽水時(shí)，陰極上析出氫氣，陽(yáng)極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分，B電極上生成氯氣，氯氣的密度小于溶液的密度，所以生成的氯氣上升，能和氫氧化鈉溶液充分的接反應(yīng)生成次氯酸鈉，所以A極上析出氫氣，即A極是陰極，所以a為電池負(fù)極；故答案為：負(fù)極；飽和食鹽水；
②若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，如果陽(yáng)極是惰性電極，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵，所以陽(yáng)極上應(yīng)該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．
故答案為：鐵．

點(diǎn)評(píng) 本題以原電池和電解池原理為載體考查了電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，注意燃料電池中電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，燃料相同，如果電解質(zhì)溶液不同，電極反應(yīng)式則不同，為易錯(cuò)點(diǎn)．