Question

【題目】某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池（如下圖所示），目的是探究氯堿工業(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)問題：

（1）通入氫氣的電極為 （填“正極”或“負(fù)極”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為 。

（2）石墨電極為 （填“陽(yáng)極”或“陰極”），反應(yīng)一段時(shí)間后，在乙裝置中滴入酚酞溶液 區(qū)（填“鐵極”或“石墨極”）的溶液先變紅。

（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中反應(yīng)一段時(shí)間，硫酸銅溶液濃度將 ，填“增大”“減 小”或“不變”）。精銅電極上的電極反應(yīng)式為 。

（4）假設(shè)乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有224mL氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將 ，（填“增大”“減 小”或“不變”），且變化了 克。

Answer 1

【答案】（1）負(fù)極、H2－2e-＋2OH-=2H2O （2）陽(yáng)極、 鐵極

（3）減小 Cu2＋+2e－= Cu （4）增加 0.88

【解析】

試題分析：（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，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氫氣的電極是負(fù)極，負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H2－2e-＋2OH-=2H2O。

（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；乙池中陰極是鐵，陽(yáng)極是碳，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導(dǎo)致陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子濃度溶液呈堿性，所以在乙裝置中滴入酚酞溶液，鐵極區(qū)的溶液先變紅。

（4）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，陰極上析出銅離子，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�。痪�銅作陰極，溶液中的銅離子得電子生成銅，則精銅電極上的電極反應(yīng)式為Cu2＋+2e－= Cu。

（5）乙池中的電解總方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 轉(zhuǎn)移2e－,應(yīng)為X是陽(yáng)離子交換膜，所以陰極生成NaOH和氫氣，224mL氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，氧氣得到電子0.04mol，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，陰極生成0.04molNaOH，0.02mol氫氣，所以乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將增加，增加的質(zhì)量為（0.04×23-0.02×2=0.88克。