Question

9．某同學(xué)設(shè)計了一個氫氧燃料電池（如圖所示），目的是探究氯堿工業(yè)（人們習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)叫做氯堿工業(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．
（1）在甲裝置中，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．與鉛蓄電池相比，氫氧燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是無需充電、連續(xù)供電、對環(huán)境友好．
（2）在乙裝置中，石墨電極為陽極（填“陽極”或“陰極”），石墨電極上的電極反應(yīng)式是2Cl^--2e^-═Cl₂↑，檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是將濕潤的KI淀粉試紙放在氣體出口，若觀察到試紙變藍(lán)，證明有氯氣產(chǎn)生；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．電解飽和食鹽水的離子方程式是2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（3）在丙裝置中，如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，反應(yīng)一段時間后，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）在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲裝置中若有140mL氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體在標(biāo)況下體積為0.28升；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為0.8g．

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)，根據(jù)燃料電池的產(chǎn)物判斷該電池的優(yōu)點(diǎn)；
（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，氯氣能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍(lán)色，電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氫氣和氯氣，根據(jù)電解池的工作原理來回答；
（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)相等計算乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數(shù)及丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量．

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)H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，與鉛蓄電池相比，氫氧燃料電池?zé)o需充電、連續(xù)供電、對環(huán)境友好．
故答案為：負(fù)極、H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O、無需充電、連續(xù)供電、對環(huán)境友好；
（2）電解飽和氯化鈉溶液時，連接原電池負(fù)極的Fe電極是陰極，連接原電池正極的石墨電極是陽極，陽極上氯離子放電，即2Cl^--2e^-═Cl₂↑；氯氣能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍(lán)色，電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氫氣和氯氣，即：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
故答案為：陽極；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；將濕潤的KI淀粉試紙放在氣體出口，若觀察到試紙變藍(lán)，證明有氯氣產(chǎn)生；鐵極；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（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，陰極上精銅析出銅，即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�。籆u²⁺+2e^-═Cu；
（4）根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣和銅的關(guān)系式為：O₂～2H₂～2Cu，設(shè)生成氫氣的物質(zhì)的量是x，生成銅的物質(zhì)的量是y．
    O₂～2H₂～2Cu
    1   2    2
140mL   x    y
x=280mL=0.28L，物質(zhì)的量是0.0125mol，產(chǎn)生金屬銅的質(zhì)量是0.0125mol×64g/mol=0.8g，
故答案為：0.28；0.8g．

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)．