Question

近年來，山東省大力發(fā)展以太陽能、風(fēng)能、燃料電池為代表的新能源．如圖1是某種質(zhì)子交換膜燃料電池原理示意圖．

（1）該燃料電池工作過程中，質(zhì)子（H⁺）透過質(zhì)子交換膜移動到

 

極（填“a”或“b”）．該電池的正極反應(yīng)式為：

 

．
（2）若用此燃料電池作為電源向鐵制品上鍍上一層銅，則鐵制品要連接在燃料電池的

 

極（填“a”或“b”）上．若用此燃料電池電解精煉銀，應(yīng)使粗銀作電解池的

 

極，使用AgNO₃和HNO₃的混合溶液作電解液，若陰極有少量紅棕色氣體生成，則生成該氣體的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)室利用此燃料電池為電源模擬處理含Cr2O72-的廢水，裝置如圖2所示．已知陽極反應(yīng)式是Fe-2e^-═Fe²⁺，陰極上有氣體產(chǎn)生，其電極反應(yīng)式是：

 

．一段時間后，測得陰極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)況下的體積為2.24L，則燃料電池至少要通入標(biāo)況下空氣的體積約為

 

L．（已知空氣中氧氣約占

1

5

）

Answer 1

考點(diǎn)：常見化學(xué)電源的種類及其工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）該裝置為氫氧燃料酸性電池，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，通入氧化劑的電極為正極，原電池放電時，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
（2）電鍍時，鍍層作陽極，鍍件作陰極；電解精煉時，粗銀作陽極，純銀作陰極，若陰極有少量紅棕色氣體生成，說明陰極上硝酸根離子得電子生成二氧化氮；
（3）電解時，陽極是活潑金屬，所以陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算．

解答： 解：（1）該裝置為氫氧燃料酸性電池，燃料電池中，通入燃料的電極為負(fù)極，通入氧化劑的電極為正極，原電池放電時，電解質(zhì)溶液中氫離子向正極b移動，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：b；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）電鍍時，鍍層作陽極，鍍件作陰極，所以鐵上鍍銅時，鐵作陰極，連接原電池的負(fù)極a；電解精煉時，粗銀作陽極，純銀作陰極，所以粗銀作陽極，若陰極有少量紅棕色氣體生成，說明陰極上硝酸根離子得電子生成二氧化氮，電極反應(yīng)式為：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O，
故答案為：a；陽；2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O；
（3）電解時，陽極是活潑金屬，所以陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，陰極生成2.24L氫氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=

2.24L

22.4L/mol

×2=0.2mol，串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，則通入空氣的體積=

0.2mol 4

1 5

×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；5.6．

點(diǎn)評：本題以原電池和電解池原理為載體考查了物質(zhì)的量的計(jì)算、電極反應(yīng)式的書寫，根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算空氣的體積，注意書寫電極反應(yīng)式時要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，為易錯點(diǎn)．