Question

【题目】某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。

（1）如图为某实验小组依据氧化还原反应：___(用离子方程式表示)设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，导线中通过___mol电子。

（2）如图其他条件不变，某同学将（1）中盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞溶液，溶液变红，电极反应为___；乙装置中石墨（1）为____极(填“正”“负”“阴”或“阳”)。

（3）如图为工业上用惰性电极电解Na2CO3溶液的原理。阳极的电极反应式为___，阴极产生的物质A的化学式为___。

（4）某同学以甲烷燃料电池为电源，以石墨为电极电解足量Na2CO3溶液，一段时间后，在电解池两极上共产生6.72L气体（标准状况下），此时甲烷燃料电池中共消耗甲烷____g。

Answer 1

【答案】Fe +Cu2+=Fe2++Cu 0.2 O2+2H2O+4e-=4OH- 阴 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO32-+O2 H2 0.8

【解析】

(1)图为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu；总反应式为Fe+Cu2+═Fe2++Cu；根据总反应Fe+Cu2+═Fe2++Cu，分析两极质量差与通过电子的物质的量之间的关系．

(2)若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，甲为原电池、乙为电解池；

(3)结合图可知，阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气，阴极上氢离子得到电子生成氢气，据此分析解答。

(4)甲烷燃料电池总反应CH4 + 2O2＝2CO2 + 2H2O，电解足量饱和的Na2CO3溶液，阳极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O、阴极反应式为2H++2e-=H2↑，据此计算。

(1)图中为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，总反应式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu；根据总反应转移2mol电子时负极减少1molFe，质量为56g，正极增加1molCu，质量为64g，即转移2mol电子时两极质量差为56g+64g=120g，所以两电极质量相差12g时导线中通过0.2mol电子。

(2)若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，甲为原电池、乙为电解池，甲中Fe作负极、Cu作正极，甲中Cu电极上发生反应O2+4e-+2H2O=4OH-，导致溶液碱性增强，酚酞遇碱变红色，所以溶液变红色；乙装置中连接铜丝的石墨为阳极，则石墨(1)为阴极；

(3)由图可知，阳极反应为4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生的物质A的化学式为H2；

(4)甲烷燃料电池总反应CH4 + 4O2=2CO2 + 4H2O，电解足量饱和的Na2CO3溶液，阳极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O、阴极反应式为2H++2e-=H2↑，当转移4mol电子时原电池中消耗0.5mol甲烷，电解池中阳极产生1mol氧气，阴极产生2mol氢气，总体积为67.2L，所以当产生的气体体积为6.72L时，消耗的甲烷为0.05mol，质量为0.05mol×16g/mol=0.8g；