Question

3．如图1所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜．请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池正极反应式是O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；
（2）石墨（C）极的电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为4.48L，丙装置中阴极析出铜的质量为12.8g；
（4）某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取Fe（OH）₂的实验装置（如图2所示），用于制Fe（OH）₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用铁作电极．
（5）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置的阳极泥中含有Ag，反应一段时间后，硫酸铜溶液浓度将减小（填“增大”、“减小”或“不变”．）

Answer 1

分析 燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极；
（1）燃料电池中，负极上投放燃料，负极上失电子发生氧化反应；
（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应；
（3）根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积、丙装置中析出铜的质量；
（4）若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁；
（5）粗铜精炼时，粗铜作阳极，阳极上金属失电子，阴极上铜离子得电子，根据阴阳极上金属的变化确定溶液中铜离子是否变化．

解答 解：（1）燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；故答案为：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-；
（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）串联电池中转移电子数相等，若在；准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg．
2H⁺+2e^-=H₂↑
  2mol 22.4L
 0.4mol xL
x=4.48
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
    2mol  64g
  0.4mol  yg
y=12.8
故答案为：4.48；12.8；
（4）如果阳极是惰性电极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁，所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁．
故答案为：铁；
（5）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液，银沉积在阳极附近，形成电极泥，阴极上析出铜，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小；
故答案为：Ag；减小．

点评 本题考查了原电池和电解池原理及物质的量的有关计算，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，难点是（4）题中电解质溶液的选取及电极材料的选取，根据实验目的进行正确选取即可．