Question

Ⅰ．钢铁工业是国家工业的基础．请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题．
请写出钢铁在碱性、潮湿的环境下发生电化学腐蚀正极的电极反应式：    下列哪个装置示意图可防止铁棒被腐蚀    ．
Ⅱ．某同学利用CuSO₄溶液，进行以下实验探究．
①图1是根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是    ，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K⁺向    移动（填“甲”或“乙”）．
②图2中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是    （填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是    ；当铜电极的质量变化3.2g，则消耗的CH₄在标准状况下的体积为    L．

Answer 1

【答案】分析：I．钢铁在碱性条件下发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子；金属作原电池正极或电解池阴极都能被保护；
II．①该原电池中铜作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，原电池放电时阳离子向正极移动；
②在Ⅱ中实现铁上镀铜，则铜作阳极，铁作阴极，连接阳极的是原电池正极，正极上得电子发生还原反应，负极上失电子发生氧化反应，根据转移电子数相等计算甲烷的体积．
解答：解：I．钢铁在碱性、潮湿的环境下发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，金属铁作原电池正极或电解池阴极都被保护而防止被腐蚀，A装置中铁作原电池负极加快铁腐蚀，B装置中铁作原电池正极被保护，在C装置中，金属铁和水以及少量的氧气接触，也会被腐蚀，D装置中铁作电解池阴极被保护，故选BD；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；BD；
II．①根据反应Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl^-向负极移动，K⁺向正极移动，所以，K⁺向乙装置移动，
故答案为：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH₄，镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O₂．甲烷碱性燃料电池a处电极上CH₄放电，发生氧化反应，电极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根据电子转移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×=0.1mol，
n（CH₄）=mol，所以v（CH₄）=×22.4L/mol=0.28L，
故答案为：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28．
点评：本题以金属的腐蚀与防护为载体考查了原电池和电解池原理，燃料电池电极反应式的书写是学习的难点，要注意结合电解质溶液的酸碱性写电极反应式．