Question

17．根據(jù)要求回答下列問題：
（1）如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)甲醚（CH₃OCH₃）燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，乙裝置中X為陽離子交換膜

①通入氧氣的電極為正極（填“正極”或“負(fù)極”），寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O
CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O．
②鐵電極為陰極（填“陰極”或“陽極”），石墨電極的電極反應(yīng)式2Cl^--2e^-═Cl₂↑
2Cl^--2e^-═Cl₂↑．反應(yīng)一段時(shí)間后，乙裝置中生成的氫氧化鈉主要在鐵極（填“鐵極”或“石墨極”）區(qū)．
③如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，則丙裝置中硫酸銅溶液的濃度將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
④若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下有2.24L氧氣參與反應(yīng)，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體在標(biāo)況下的體積為4.48L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為12.8g．
（2）某興趣小組在常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO₃中組成原電池，測得原電池的電流強(qiáng)度（I）隨時(shí)間（t）的變化如圖2所示，反應(yīng)過程中有紅棕色氣產(chǎn)生
．
0～t₁時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，此時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O，（提示：此時(shí)正極是NO₃^-放電），溶液中的H⁺向正極移動(dòng)．t₁后，原電池中電流方向發(fā)生改變，其原因是Al表面鈍化后，Al與硝酸反應(yīng)逐漸停止，Cu與濃硝酸開始反應(yīng)，故這時(shí)候Cu為負(fù)極，Al為正極，電流發(fā)生了改變．

Answer 1

分析 （1）①燃料電池中通入氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②鐵電極作陰極，碳作陽極，電解氯化鈉飽和溶液時(shí)，陽極上氯離子放電；乙裝置為電解氯化鈉裝置，氫氧化鈉在陰極生成；
③粗銅精煉時(shí)，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根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算鐵電極上生成氫氣的體積、丙裝置中析出銅的質(zhì)量；
（2）0-t₁時(shí)，Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化過程，Al為負(fù)極，氧化得到氧化鋁，應(yīng)有水參加，根據(jù)電荷守恒可知，有氫離子生成，Cu為正極，硝酸根放電生成二氧化氮，應(yīng)由氫離子參與反應(yīng)，同時(shí)有水生成，隨著反應(yīng)進(jìn)行鋁表面鈍化形成氧化膜阻礙反應(yīng)進(jìn)行，t₁時(shí)，銅做負(fù)極反應(yīng)，Al為正極．

解答 解：（1）①燃料電池中通入氧化劑氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上燃料失電子和氫氧根離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O，故答案為：正極；CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O；
②鐵電極連接原電池負(fù)極而作電解池陰極，碳作陽極，電解氯化鈉飽和溶液時(shí)，陽極上氯離子放電，電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：陰極；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
③如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，陽極上不僅銅還有鋅失電子進(jìn)入溶液，銀沉積在陽極附近，形成電極泥，陰極上析出銅，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(shí)間，硫酸銅溶液濃度將減小，故答案為：減��；
④串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，設(shè)生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)量為yg．
2H⁺+2e^-=H₂↑
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
2mol 64g
0.4mol yg
y=12.8
故答案為：4.48；12.8；
（2）0-t₁時(shí)，Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化過程，Al為負(fù)極，氧化得到氧化鋁，應(yīng)有水參加，根據(jù)電荷守恒可知，有氫離子生成，Cu為正極，硝酸根放電生成二氧化氮，應(yīng)由氫離子參與反應(yīng)，同時(shí)有水生成，正極電極反應(yīng)式為：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O，溶液中的H⁺向正極移動(dòng)；Al表面鈍化后，Al與硝酸反應(yīng)逐漸停止，Cu與濃硝酸開始反應(yīng)，故這時(shí)候Cu為負(fù)極，Al為正極，電流發(fā)生了改變，
故答案為：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O；正；Al表面鈍化后，Al與硝酸反應(yīng)逐漸停止，Cu與濃硝酸開始反應(yīng)，故這時(shí)候Cu為負(fù)極，Al為正極，電流發(fā)生了改變．

點(diǎn)評 本題考查原電池和電解池知識，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握電極方程式的書寫，為解答該題的關(guān)鍵，結(jié)合串聯(lián)電路的特點(diǎn)解答該題，難度不大．