Question

用上如圖模擬工業(yè)上電解精煉錫．裝置如圖所示（C、D電極為石墨電極）：
①C極反應(yīng)式為

 

．
②B極材料為

 

，A極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．
③當(dāng)?shù)玫?1.90g純錫時，電解質(zhì)溶液質(zhì)量減輕0.54g，則溶解的錫樣品（含有少量Zn和Cu，Sn的質(zhì)量分數(shù)為87.1%）質(zhì)量為

 

g．此時參加反應(yīng)的甲烷體積為

 

L（標準狀況下）．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：右邊裝置是燃料電池，屬于原電池，通入甲烷的電極C是負極、通入空氣的電極D是正極，負極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O、正極反應(yīng)式為2H₂O+4e^-+O₂=4OH^-，左邊裝置是電解池，A是陽極、B是陰極，A極材料是粗錫、B極材料是純錫，A電極反應(yīng)式為Sn-2e^-=Sn²⁺、B極反應(yīng)式為Sn²⁺+2e^-=Sn，
（1）C是負極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；
（2）B極材料是純錫，A是陽極，陽極上錫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）電解精煉錫，b與正極相連，為陽極，Sn、Zn失去電子；陰極上析出Sn，電解質(zhì)溶液質(zhì)量減輕0.54g，即為Sn與Zn的質(zhì)量差；串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，據(jù)此計算甲烷體積．

解答： 解：右邊裝置是燃料電池，屬于原電池，通入甲烷的電極C是負極、通入空氣的電極D是正極，負極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O、正極反應(yīng)式為2H₂O+4e^-+O₂=4OH^-，左邊裝置是電解池，A是陽極、B是陰極，A極材料是粗錫、B極材料是純錫，A電極反應(yīng)式為Sn-2e^-=Sn²⁺、B極反應(yīng)式為Sn²⁺+2e^-=Sn，
（1）C是負極，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O；
（2）B極材料是純錫，A是陽極，陽極上錫、鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Sn-2e-=Sn2+、Zn-2e-=Zn2+，故答案為：；純錫；Sn-2e-=Sn2+、Zn-2e-=Zn2+；
（3）電解精煉Sn時，用粗Sn作陽極，精Sn作陰極．含Sn2+離子的溶液作電解質(zhì)溶液．所以b極為陽極．陽極電極反應(yīng)式Sn-2e-=Sn2+；Zn-2e-=Zn2+．陰極電極反應(yīng)式為：Sn2++2e-=Sn．即相當(dāng)于一部分的Sn是Zn發(fā)生置換反應(yīng)Zn+Sn2+=Zn2++Sn．陽極每有65gZn反應(yīng)，陰極生成Sn119g，溶液減輕54g．現(xiàn)在溶液減輕0.54g，則發(fā)生反應(yīng)的Zn為0.01mol，其質(zhì)量為0.65g，由該Zn置換出來的Sn為0.01mol．其質(zhì)量為1.19g．所以參加反應(yīng)的錫質(zhì)量為11.90-1.19=10.71g，因為Sn的含量為87.1%，所以Sn合金的質(zhì)量為10.71g÷87.1%=12.3g；
n（Sn）=

11.90g

119g/mol

=0.10mol，生成錫時轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.20mol，甲烷的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O，串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，所以甲烷體積=

0.20mol

8

×22.4L/mol=0.56L，
故答案為：12.3；0.56．

點評：本題考查原電池原理、方程式的計算，明確各個電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，易錯點是（3）中溶解錫合金的質(zhì)量，注意溶解錫的質(zhì)量不等于析出錫和溶液質(zhì)量減少量的和，為易錯點．