Question

【題目】如下圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)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為陽離子交換膜。

根據(jù)要求回答相關(guān)問題：

(1)甲裝置中通入氧氣的電極為______________（填“正極”或“負(fù)極”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________。

(2)乙裝置中鐵電極為_______（填“陽極”或“陰極”），石墨電極(C)上發(fā)生_____反應(yīng)（填“氧化”或“還原”），其電極反應(yīng)式為___________________。

(3)反應(yīng)一段時(shí)間后，乙裝置中生成氫氧化鈉主要在_____________區(qū)。（填“鐵極”或“石墨極”）

(4)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”）。

(5)若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24 L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_____；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為_____________。

Answer 1

【答案】正極 H2－2e-＋2OH-＝2H2O 陰極 氧化 2Cl-－2e－＝Cl2↑ 鐵極 減小 0.2NA(或1.204×1023) 12.8 g

【解析】

甲為燃料電池，氫氣通入一極為負(fù)極，氧氣通入一極為正極；乙為電解池，與負(fù)極相連的Fe電極為陰極，與正極相連的石墨電極為陽極，實(shí)質(zhì)為電解飽和食鹽水；丙為精煉池，與正極相連的粗銅為陽極，與負(fù)極相連的精銅為陰極。

（1）燃料電池中氧氣通入一極為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，氫氣通入一極為負(fù)極，氫氣在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，故答案為：正極；H2－2e－＋2OH－=2H2O；

（2）乙池屬于電解池，與負(fù)極相連的鐵電極是陰極，與正極相連的石墨電極是陽極，氯離子在陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，電極反應(yīng)式為2Cl--2e-═Cl2↑，故答案為：陰極；氧化；2Cl--2e-═Cl2↑；

（3）乙池中陰極是鐵電極，陽極是石墨電極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，陰極上水電離出的氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，破壞水的電離平衡，使陰極附近氫氧根離子逐漸增大呈堿性，所以乙裝置中生成氫氧化鈉主要在鐵極區(qū)，故答案為：鐵極；

（4）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，比銅活潑的鋅與銅在陽極上失電子進(jìn)入溶液，陰極上銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)析出銅，根據(jù)得失電子守恒，陽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：減小；

（5）根據(jù)方程式中的轉(zhuǎn)化關(guān)系可得：O2----2H2----2Cu，標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L氧氣的物質(zhì)的量為0.1mol，則生成氫氣的分子數(shù)是0.2×6.02×1023=1.204×1023，生成銅的質(zhì)量是0.2mol×64mol/L=12.8g，故答案為：0.2NA(或1.204×1023)；12.8 g。