Question

【题目】如下图所示，某同学设计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。

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”），负极的电极反应式为________________________________________ 。

（2）石墨电极为__________（填“阳极”或“阴极”），反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，__________ 区（填“铁极”或“石墨极”）的溶液先变红。

（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________________，填“增大”“减 小”或“不变”）。精铜电极上的电极反应式为_______________________。

（4）若在标准状况下，有224m L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体在标况下体积为_________L；丙装置中阴极析出铜的质量为 ____________g 。

Answer 1

【答案】正极 CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O 阳极 铁极 减少 Cu2+ + 2e- = Cu 0.448 1.28

【解析】

（1）原电池中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，负甲醚失去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，阴极上氢离子放电；

（3）根据转移电子守恒，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小；

（4）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进行计算。

（1）燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，负极上通入的是甲醚，负极上燃料失电子和氢氧根离子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O，故答案为：正极；CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O。

（2）铁电极连接原电池负极而作电解池阴极，碳作阳极，电解氯化钠饱和溶液时，阳极上氯离子放电，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极上氢离子放电，电极方程式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，滴入酚酞溶液，铁电极区的溶液先变红，

故答案为：阳极，铁极。

（3）丙装置中，如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失去电子进入溶液，阴极上析出铜离子，阳极上金属失电子发生氧化反应，电极方程式为：Cu2++2e-=Cu，阴极上铜离子得电子生成铜，根据转移电子守恒，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小，故答案为：减少，Cu2++2e-=Cu。

（4）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。若在标准状况下，有224mL的氧气参加反应，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，则乙装置中铁电极上生成氢气的体积=0.224L×2=0.448L，丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质，析出铜的质量=0.224L/22.4L/mol×2×64g/mol=12.8g，

故答案为：0.448L，12.8g。