Question

1．某同學(xué)設(shè)計一個燃料電池（如圖所示），目的是探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜．
根據(jù)要求回答相關(guān)問題：
（1）通入氫氣的電極為負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O．
（2）石墨電極為陽極（填“陽極”或“陰極”），反應(yīng)一段時間后，在乙裝置中滴入酚酞溶液，鐵極區(qū)（填“鐵極”或“石墨極”）的溶液先變紅．
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中反應(yīng)一段時間，硫酸銅溶液濃度將減小，填“增大”“減 小”或“不變”）．精銅電極上的電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-=Cu．
（4）假設(shè)乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有224mL氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中陽離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將增大，（填“增大”“減 小”或“不變”），且變化了0.88克．

Answer 1

分析 （1）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極、通入氧化劑的電極是正極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負(fù)極的電極是陰極，連接原電池正極的電極是陽極，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，導(dǎo)致氫氧根離子濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性；
（3）粗銅精煉時，粗銅作陽極，陽極上金屬失電子，陰極上銅離子得電子，根據(jù)陰陽極上金屬的變化確定溶液中銅離子是否變化；
（4）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算乙裝置中陽離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量變化．

解答 解：（1）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極、通入氧化劑的電極是正極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案為：負(fù)；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（2）乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負(fù)極，所以是陰極，則石墨電極是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導(dǎo)致陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子濃度溶液呈堿性，所以乙裝置中生成氫氧化鈉主要在鐵極區(qū)，則鐵極區(qū)的溶液先變紅，故答案為：陽極；鐵極；
（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，陽極上不僅銅還有鋅、銀失電子進(jìn)入溶液，陰極上析出銅，電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應(yīng)一段時間，硫酸銅溶液濃度將減小，
故答案為：減��； Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣的關(guān)系式為：O₂----2H₂，設(shè)生成氫氣的物質(zhì)的量是xmol，
O₂-------2H₂
22.4L      2
0.224L      x           
x=0.02，所以消耗0.02×2=0.04mol氫離子，則乙裝置中陽離子交換膜右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的鈉離子也為0.04mol，所以乙裝置中陽離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將增大0.04×23-0.04×1=0.88g，
故答案為：增大；0.88．

點(diǎn)評 本題以原電池和電解池原理為載體考查了電極反應(yīng)式的書寫、物質(zhì)的量的有關(guān)計算等知識點(diǎn)，注意燃料電池中電極反應(yīng)式的書寫要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性，燃料相同，如果電解質(zhì)溶液不同，電極反應(yīng)式則不同，為易錯點(diǎn)．