Question

7．某化學興趣小組用下圖所示裝置進行電化學原理的實驗探究，回答下列問題：
（1）通O₂的Pt電極為電池正極（填電極名
稱），其電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）若B電池為電鍍池，目的是在某鍍件上鍍一層
銀，則X電極材料為Ag，電解質(zhì)溶液為AgNO3溶液．
（3）若B電池為精煉銅，且粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，在X電極（填“X”或“Y”）周圍有固體沉積，沉積固體的成分為Ag、Au．
（4）若X、Y均為Pt，B電池的電解質(zhì)溶液為500mL 1.0mol/L的NaCl溶液，當電池工作一段時間斷開電源K，Y電極有560mL（標準狀況）無色氣體生成（假設電極產(chǎn)生氣體完全溢出，溶液體積不變）．恢復到常溫下，B電池溶液的pH=13，要使該溶液恢復到原來的狀態(tài)，需加入0.05molHCl（填物質(zhì)并注明物質(zhì)的量）．
（5）若X、Y均是銅，電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，電池工作一段時間，X極附近生成磚紅色沉淀，查閱資料得知是Cu₂O，試寫出該電極發(fā)生的電極反應式為2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）若X、Y均是Pt，電解質(zhì)溶液為飽和Na₂SO₄溶液，通電一段時間后，在陰極上逸出c mol氣體，同時有N g Na₂SO₄•10H₂O 晶體析出，若溫度不變，此時剩余溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%．
通過以上題目，請總結書寫電極反應式的關鍵根據(jù)電極上發(fā)生的氧化或還原反應結合溶液的酸堿性書寫．

Answer 1

分析 （1）左邊是燃料電池，右邊是電解池，通氧氣的一極是正極發(fā)生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發(fā)生氧化反應，電解質(zhì)溶液是硝酸銀溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進入溶液，所以陽極泥的主要成分是Ag、Au；
（4）電解飽和食鹽水陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣；依據(jù)電解原理分析，書寫電池反應，依據(jù)生成的氣體體積，計算氫氧根離子濃度，結合離子積常數(shù)計算氫離子濃度計算溶液pH；恢復溶液濃度依據(jù)出什么，加什么的原則分析；
（5）X電極是陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，實際上是電解的水，發(fā)生總反應2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導致析出晶體，剩余的電解質(zhì)溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算即可；書寫電極方程式時要注意電極上發(fā)生的反應以及溶液的酸堿性．

解答 解：（1）A池是燃料電池，B池是電解池，通氧氣的一極是正極發(fā)生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X與電源的正極相連，是陽極發(fā)生氧化反應，所以X電極材料為銀，電解質(zhì)溶液是硝酸銀溶液，
故答案為：Ag；AgNO₃溶液；
（3）粗銅中含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)，其中鋅和鐵會在電極上放電生成陽離子進入溶液，所以陽極泥的主要成分是Ag、Au，
故答案為：Ag、Au；
（4）Y電極與原電池的負極相連，電極氫離子得到電子生成氫氣，生成氫氣560ml的物質(zhì)的量=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，依據(jù)電解方程式：
2Cl^-+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
         1           2
     0.025mol        n
n=$\frac{0.025mol×2}{1}$=0.05mol
C（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，
C（H⁺）=10^-13mol/L，pH=-lg[H⁺]=13；所以應加入0.025mol×2=0.05mol的HCl恢復原狀態(tài)，
故答案為：13；0.05molHCl；
（5）X電極是陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作電極，電解飽和硫酸鈉溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，電解水后，溶液中硫酸鈉過飽和導致析出晶體，剩余的電解質(zhì)溶液仍是飽和溶液，析出的硫酸鈉晶體和電解的水組成的也是飽和溶液，
N g Na₂SO₄•10H₂O硫酸鈉的質(zhì)量=Ng×$\frac{142}{322}$=$\frac{71N}{161}$g，
設電解水的質(zhì)量為xg：
2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，
36g           2mol
x             cmol
x=18cg
所以飽和溶液的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{\frac{71N}{161}}{N+18c}$×100%=$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%；
書寫電極方程式時要根據(jù)正負極或陰陽極上參加反應的物質(zhì)或離子書寫，同時要注意溶液的酸堿性對電極方程式的影響；
故答案為：$\frac{7100N}{161（N+18c）}$%；根據(jù)電極上發(fā)生的氧化或還原反應結合溶液的酸堿性書寫．

點評 本題考查原電池、電解池工作原理，正確推斷燃料電池正負極是解本題的關鍵，難點是溶液的pH計算和溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)電解飽和食鹽水的離子方程式分析解答，側(cè)重于考查學生的分析能力和計算能力．