Question

如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理的相關(guān)問題，其中乙裝置中X為陽離子交換膜，丙中滴有少量的酚酞試液．請按要求回答相關(guān)問題：
（1）甲烷燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式是：

 

．
（2）石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體體積為

 

 L．
（4）銅絲a處在開始一段時(shí)間的現(xiàn)象為

 

；原因是

 

．
（5）丙中以CuSO₄溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì)）的電解精煉，下列說法正確的是

 

．
a．電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)
c．溶液中Cu²⁺向陽極移動(dòng)
d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
（6）利用反應(yīng)2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極電極反應(yīng)為

 

．

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：燃料電池中，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極．
（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）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；
（4）a為陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，促進(jìn)水的電離；
（5）銅的精煉時(shí)，粗銅為陽極，純銅為陰極；
（6）利用反應(yīng)2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，銅被氧化，應(yīng)為負(fù)極，正極上氧氣被還原．

解答： 解：（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O；
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）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=

2.24L

22.4L/mol

×4=0.4mol，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；
2H⁺+2e^-=H₂↑
  2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48，
故答案為：4.48；
（4）a為陰極，發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，水的電離平衡正向移動(dòng)，使溶液顯堿性，酚酞遇堿變紅，
故答案為：溶液變紅；由于2H⁺+2e^-=H₂↑，水的電離平衡正向移動(dòng)，使溶液顯堿性，酚酞遇堿變紅；
（5）電解精煉銅時(shí)利用了電解原理，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，也有少量轉(zhuǎn)化為熱能．電解精煉時(shí)粗銅做陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，精銅做陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)．電解時(shí)，溶液中的陽離子向陰極移動(dòng)，在陰極上得電子．粗銅中的不活潑金屬不能失電子，以陽極泥的形式沉積在陽極附近．此題應(yīng)選b、d；
故答案為：bd；
（6）利用反應(yīng)2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O可制備CuSO₄，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，銅被氧化，應(yīng)為負(fù)極，正極上氧氣被還原，電極方程式為4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O，
故答案為：4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O．

點(diǎn)評：本題綜合考查電解池和原電池知識(shí)，注意把握電化學(xué)工作原理，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，有利于培養(yǎng)學(xué)生的良好的科學(xué)素養(yǎng)，難度中等．