Question

如圖一所示，A、F為石墨電極，B、E為鐵片電極．按要求回答下列問題：
（1）打開K₂，閉合K₁，B為

 

極，A的電極反應(yīng)為

 

，最終可觀察到的現(xiàn)象是

 

．
（2）打開K₁，閉合K₂，E為

 

極，檢驗(yàn)F極產(chǎn)生氣體的方法是

 

．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）、（2）操作時，

 

極周圍能變紅（填A(yù)、B、E、或F）．
（4）若電源選用燃料電池，結(jié)構(gòu)如圖二，以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)（能夠傳導(dǎo)CO₃^2-），電池工作時電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，請寫出正極反應(yīng)的方程式

 

，若在標(biāo)況下消耗11.2L的甲烷，電解NaCl溶液產(chǎn)生的H₂的物質(zhì)的量為

 

mol

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）當(dāng)打開K₂，閉合K₁時，鐵片、石墨和NaCl溶液構(gòu)成原電池，負(fù)極為鐵，石墨作正極，發(fā)生吸氧腐蝕；
（2）當(dāng)打開K₁，閉合K₂時，鐵片、石墨和NaCl溶液構(gòu)成電解池，說明作陽極，鐵作陰極，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，可以用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)氯氣；
（3）進(jìn)行（1）時，正極附近生成氫氧根離子，進(jìn)行（2）時，陰極附近生成氫氧根離子，酚酞試液遇堿變紅色；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷被負(fù)極反應(yīng)，被氧化，負(fù)極反應(yīng)為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應(yīng)為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，結(jié)合電極方程式計(jì)算．

解答： 解：（1）當(dāng)打開K₂，閉合K₁時，鐵片、石墨和NaCl溶液構(gòu)成原電池，負(fù)極為鐵，電極反應(yīng)式為：Fe-2e^-═Fe²⁺，正極為石墨，正極的電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，由于Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，所以可觀察到的現(xiàn)象是：溶液中產(chǎn)生白色沉淀，然后變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色，
故答案為：負(fù)；O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；溶液中產(chǎn)生白色沉淀，然后變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色；
（2）當(dāng)打開K₁，閉合K₂時，鐵片、石墨和NaCl溶液構(gòu)成電解池，陰極為鐵，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，陽極為石墨，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，檢驗(yàn)Cl₂的方法是：用濕潤的淀粉-KI試紙檢驗(yàn)，試紙變藍(lán)則說明是氯氣，
故答案為：陰；用濕潤的淀粉-KI試紙檢驗(yàn)，試紙變藍(lán)則說明是氯氣；
（3）由于A極O₂得到電子產(chǎn)生OH^-，E極上水放電產(chǎn)生H₂和OH^-，均導(dǎo)致電極區(qū)域呈堿性，所以A、E電極周圍遇酚酞變紅，
故答案為：AE；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷在負(fù)極反應(yīng)，被氧化，負(fù)極反應(yīng)為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應(yīng)為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，若在標(biāo)況下消耗11.2L的甲烷，即0.5mol，則轉(zhuǎn)移電子4mol，由2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，理論上生成氫氣2mol，但燃料電池能量轉(zhuǎn)化率為75%，則生成氫氣的物質(zhì)的量為2×75%=1.5mol，
故答案為：2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-；1.5．

點(diǎn)評：本題考查了原電池和電解池原理，正確判斷原電池和電解池是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，知道氯氣的檢驗(yàn)方法，難度中等．