Question

如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜，丙中滴有少量的酚酞试液．请按要求回答相关问题：
（1）甲烷燃料电池负极电极反应式是：

 

．
（2）石墨电极（C）的电极反应式为

 

．
（3）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体积为

 

 L．
（4）铜丝a处在开始一段时间的现象为

 

；原因是

 

．
（5）丙中以CuSO₄溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是

 

．
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu²⁺向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
（6）利用反应2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制备CuSO₄，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

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；
（4）a为阴极，阴极发生还原反应生成氢气，促进水的电离；
（5）铜的精炼时，粗铜为阳极，纯铜为阴极；
（6）利用反应2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制备CuSO₄，若将该反应设计为原电池，铜被氧化，应为负极，正极上氧气被还原．

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．
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O；
（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，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=

2.24L

22.4L/mol

×4=0.4mol，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；
2H⁺+2e^-=H₂↑
  2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48，
故答案为：4.48；
（4）a为阴极，发生2H⁺+2e^-=H₂↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红，
故答案为：溶液变红；由于2H⁺+2e^-=H₂↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红；
（5）电解精炼铜时利用了电解原理，电能转化为化学能，也有少量转化为热能．电解精炼时粗铜做阳极，发生氧化反应，精铜做阴极，阴极上发生还原反应．电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，在阴极上得电子．粗铜中的不活泼金属不能失电子，以阳极泥的形式沉积在阳极附近．此题应选b、d；
故答案为：bd；
（6）利用反应2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制备CuSO₄，若将该反应设计为原电池，铜被氧化，应为负极，正极上氧气被还原，电极方程式为4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O，
故答案为：4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O．

点评：本题综合考查电解池和原电池知识，注意把握电化学工作原理，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力的考查，有利于培养学生的良好的科学素养，难度中等．