Question

12．如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)甲醚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）寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．
（2）鐵電極為陰（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)，丙裝置中反應(yīng)一段時(shí)間，硫酸銅溶液濃度將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“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)，則丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為12.8．
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)量將增大（填“增大”、“減小”或“不變”），且變化了0.88克．
（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，此時(shí)乙裝置中發(fā)生的總反應(yīng)式為Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）原電池中，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，投入氧氣的一極為正極，負(fù)極甲醚失電子被氧化生成碳酸根離子；
（2）鐵電極連接原電池的負(fù)極，為電解池的陰極，石墨為陽(yáng)極，氯離子放電被氧化生成氯氣；
（3）活潑性Zn＞Cu＞Ag，陽(yáng)極上鋅、銅被氧化；
（4）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計(jì)算；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量變化；
（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，F(xiàn)e作陽(yáng)極失電子生成亞鐵離子，陰極上氫離子得電子生成氫氣．

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，負(fù)極上甲醚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：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（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；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、銀失電子進(jìn)入溶液，陰極上析出銅離子，陽(yáng)極電極方程式分別為Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，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：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                            128g
2.24L                             x
x=12.8g，
根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣的關(guān)系式為：O₂----2H₂，設(shè)生成氫氣的物質(zhì)的量是xmol，
O₂ -------2H₂
22.4L              2
0.224L            x
x=0.02，所以消耗0.02×2=0.04mol氫離子，則乙裝置中陽(yáng)離子交換膜右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的鈉離子也為0.04mol，所以乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將增大0.04×23-0.04×1=0.88g
故答案為：12.8 g；增大；0.88；
（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，F(xiàn)e作陽(yáng)極失電子生成亞鐵離子，陰極上氫離子得電子生成氫氣，則電解總方程式為Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑；
故答案為：Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池和電解池知識(shí)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握電極方程式的書(shū)寫(xiě)，為解答該題的關(guān)鍵，結(jié)合串聯(lián)電路的特點(diǎn)解答該題，難度中等．