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和粗铜的精炼原理，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)甲烷燃料电池负极反应式是__________________。

(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________。

(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。

(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________。

若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

Answer 1

解析　(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾，负极反应式为CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl^－－2e^－===Cl₂↑。(3)n(O₂)＝＝0.1 mol，甲池中正极反应式为O₂＋4e^－＋2H₂O===4OH^－，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4 mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H₂O＋2e^－===2OH^－＋H₂↑，n(H₂)＝＝0.2 mol，V(H₂)＝0.2 mol×22.4 L·mol^－1＝4.48 L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu^2＋＋2e^－===Cu，n(Cu)＝＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol^－1＝12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋Cl₂↑＋H₂↑，Cl₂＋2OH^－===Cl^－＋ClO^－＋H₂O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。

答案　(1)CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O

(2)2Cl^－－2e^－===Cl₂↑

(3)4.48　12.8

(4)负　饱和氯化钠溶液或食盐水　铁