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． 請按要求回答相關(guān)問題：
（1）甲烷燃料電池正極反應(yīng)式為

 

．
（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2.24 L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）丙中兩根銅絲電極的質(zhì)量均為64g，電解質(zhì)為500mL 0.1mol?L^-1H₂SO₄溶液．電解一段時(shí)間后，a端收集到1.12L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），取出電極，對電極進(jìn)行干燥并稱重，測得b電極的質(zhì)量減少6.4g．求此時(shí)所得溶液的物質(zhì)的量濃度．

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：（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，所以乙裝置中鐵是陰極，陰極上氫離子得電子發(fā)生還有反應(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；
（2）根據(jù)電解池的工作原理結(jié)合電極反應(yīng)式以及c=

n

V

進(jìn)行計(jì)算即可．

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O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
②乙裝置中鐵是陰極，石墨電極（C）是陽極，它的電極反應(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

=0.1mol，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
解得：x=4.48，故答案為：4.48；
（2）電解質(zhì)為500mL 0.1mol?L^-1H₂SO₄溶液，含有氫離子的物質(zhì)的量是0.1mol，根據(jù)通氧氣的電極是正極，所以b是陽極，銅絲a是陰極，在a電極上發(fā)生電極反應(yīng)：2H⁺+2e=H₂↑，產(chǎn)生0.05mol氫氣轉(zhuǎn)移電子是0.1mol，氫離子消耗完畢，在陽極上：Cu-2e^-=Cu²⁺，減少金屬銅6.4g即0.1mol，轉(zhuǎn)移電子是0.2mol，所以在陰極上還會發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+2e=Cu，再轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗銅離子0.05mol，所以溶液中銅離子的物質(zhì)的量是0.1mol-0.05mol=0.05mol，
所得硫酸銅溶液的物質(zhì)的量濃度=

0.05mol

0.5L

=0.1mol/L，故答案為：0.1mol/L．

點(diǎn)評：本題考查了原電池電極反應(yīng)式書寫、燃料電池電極反應(yīng)式書寫、電解池電極反應(yīng)式書寫，題目難度中等．