Question

【題目】某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)對(duì)電化學(xué)原理進(jìn)行了一系列探究活動(dòng)。

（1）如圖為某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)氧化還原反應(yīng)：___(用離子方程式表示)設(shè)計(jì)的原電池裝置，反應(yīng)前，電極質(zhì)量相等，一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差12g，導(dǎo)線中通過___mol電子。

（2）如圖其他條件不變，某同學(xué)將（1）中鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，如圖所示。一段時(shí)間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞溶液，溶液變紅，電極反應(yīng)為___；乙裝置中石墨（1）為____極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”)。

（3）如圖為工業(yè)上用惰性電極電解Na2CO3溶液的原理。陽極的電極反應(yīng)式為___，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為___。

（4）某同學(xué)以甲烷燃料電池為電源，以石墨為電極電解足量Na2CO3溶液，一段時(shí)間后，在電解池兩極上共產(chǎn)生6.72L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），此時(shí)甲烷燃料電池中共消耗甲烷____g。

Answer 1

【答案】Fe +Cu2+=Fe2++Cu 0.2 O2+2H2O+4e-=4OH- 陰 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO32-+O2 H2 0.8

【解析】

(1)圖為原電池反應(yīng)，Fe為負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e-=Fe2-，石墨為正極，發(fā)生Cu2++2e-=Cu；總反應(yīng)式為Fe+Cu2+═Fe2++Cu；根據(jù)總反應(yīng)Fe+Cu2+═Fe2++Cu，分析兩極質(zhì)量差與通過電子的物質(zhì)的量之間的關(guān)系．

(2)若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池；

(3)結(jié)合圖可知，陽極上碳酸根離子失去電子生成碳酸氫根離子和氧氣，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，據(jù)此分析解答。

(4)甲烷燃料電池總反應(yīng)CH4 + 2O2＝2CO2 + 2H2O，電解足量飽和的Na2CO3溶液，陽極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O、陰極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑，據(jù)此計(jì)算。

(1)圖中為原電池反應(yīng)，Fe為負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e-=Fe2-，石墨為正極，發(fā)生Cu2++2e-=Cu，總反應(yīng)式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；根據(jù)總反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)負(fù)極減少1molFe，質(zhì)量為56g，正極增加1molCu，質(zhì)量為64g，即轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)兩極質(zhì)量差為56g+64g=120g，所以兩電極質(zhì)量相差12g時(shí)導(dǎo)線中通過0.2mol電子。

(2)若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池，甲中Fe作負(fù)極、Cu作正極，甲中Cu電極上發(fā)生反應(yīng)O2+4e-+2H2O=4OH-，導(dǎo)致溶液堿性增強(qiáng)，酚酞遇堿變紅色，所以溶液變紅色；乙裝置中連接銅絲的石墨為陽極，則石墨(1)為陰極；

(3)由圖可知，陽極反應(yīng)為4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，則陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為H2；

(4)甲烷燃料電池總反應(yīng)CH4 + 4O2=2CO2 + 4H2O，電解足量飽和的Na2CO3溶液，陽極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O、陰極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑，當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)原電池中消耗0.5mol甲烷，電解池中陽極產(chǎn)生1mol氧氣，陰極產(chǎn)生2mol氫氣，總體積為67.2L，所以當(dāng)產(chǎn)生的氣體體積為6.72L時(shí)，消耗的甲烷為0.05mol，質(zhì)量為0.05mol×16g/mol=0.8g；