Question

如图所示，某同学设计一个甲醚（CH₃OCH₃）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．

根据要求回答相关问题：
（1）通入氧气的电极为

 

（填“正极”或“负极”），写出负极的电极反应式

 

．
（2）铁电极为

 

（填“阳极”或“阴极”），石墨电极（C）的电极反应式为

 

．
（3）反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在

 

（填“铁极”或“石墨极”）区，简述理由是

 

．
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中阳极上电极反应式为

 

，反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．
（5）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为

 

；丙装置中阴极析出铜的质量为

 

．

Answer 1

分析：（1）原电池中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，投入氧气的一极为正极，负极甲醚失电子被氧化生成碳酸根离子；
（2）铁电极连接原电池的负极，为电解池的阴极，石墨为阳极，氯离子放电被氧化生成氯气；
（3）乙装置为电解氯化钠装置，氢氧化钠在阴极生成；
（4）活泼性Zn＞Cu＞Ag，阳极上锌、铜被氧化；
（5）据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为：O₂----2H₂----2Cu计算．

解答：解：（1）燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：正极；CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
故答案为：阴极；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）乙池中阴极是铁，阳极是碳，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电，导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，
故答案为：铁极；石墨为阳极，氯离子发生氧化反应，铁为阴极，H⁺反应，生成OH^-，由于阳离子交换膜只允许钠离子向阴极区移动，故氢氧化钠主要在阴极区生成；
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜离子，阳极电极方程式分别为Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，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：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；减小；
（5）根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为：O₂----2H₂----2Cu，设生成氢气的分子数是x，生成铜的质量是y．
O₂-------2H₂-------2Cu
22.4L 2×6.02×10²³ 128g
2.24L    x         y
x=0.2×6.02×10²³；　
y=12.8g，
故答案为：0.2×6.02×10²³；12.8 g．

点评：本题考查原电池和电解池知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合串联电路的特点解答该题，难度不大．