Question

19．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和粗铜（含少量锌、金、银等杂质）的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜．请按要求回答相关问题：
（1）甲烷燃料电池正极反应式是O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．
（2）乙装置中阳离子通过X膜向Fe极（填“Fe”或“C”）移动，石墨（C）极的电极反应式为2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（3）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则丙装置中阴极析出铜的质量为12.8g，硫酸铜溶液的浓度将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （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，负极上燃料失电子发生氧化反应，投放氧化剂的电极是正极，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）电解饱和氯化钠溶液时，连接原电池负极的电极是阴极，连接原电池正极的电极是阳极，阳极上氯离子放电，电解质里的阳离子移向阴极；
（3）粗铜精炼时，粗铜作阳极，阳极上金属失电子，阴极上铜离子得电子，根据阴阳极上金属的变化确定溶液中铜离子是否变化；串联电池中转移电子数相等，根据转移电子数相等计算丙装置中阴极析出铜的质量．

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，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（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，阳离子通过X膜向阴极移动，所以阳极石墨上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案为：Fe；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液，反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极上析出铜，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； 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，设生成铜的质量是x．
O₂～2H₂～2Cu
22.4L    128g
2.24L    x
x=12.8g
故答案为：12.8g；减小．

点评 本题以原电池和电解池原理为载体考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算等知识点，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，燃料相同，如果电解质溶液不同，电极反应式则不同，为易错点．