Question

【題目】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)原理和粗銅(含有少量鋅、金、銀等雜質(zhì))的精煉原理，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜。回答下列問題：

(1)甲烷燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________________。

(2)乙裝置中陽(yáng)離子通過X膜向________ 極(填“Fe”或“C”)移動(dòng)，寫出乙裝置中的石墨電極上的電極方程式____________________________________。

(3)若在標(biāo)況下，有2.24L氧氣參與反應(yīng)，則乙裝置中右側(cè)溶液________(填“增加”或“減少”)______g，丙裝置中CuSO4濃度__________(填“增加”、“減少” 或“不變”)；若將乙裝置兩側(cè)溶液混合，常溫下加水稀釋至體積為4 L，則此時(shí)溶液液的pH=____。

Answer 1

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O Fe 2Cl--2e-=Cl2↑ 減小 23.4 減小 13

【解析】

應(yīng)用原電池原理、電解池原理分析解答。根據(jù)離子方程式的書寫要求書寫電極反應(yīng)式并配平。

甲池兩電極通入氧氣和甲烷，為燃料電池；乙、丙為串聯(lián)電解池，乙池為電解飽和食鹽水，丙池為電解精煉銅。一定時(shí)間內(nèi)通過6個(gè)電極的電子的物質(zhì)的量相等，這是計(jì)算的依據(jù)。

(1)堿性甲烷燃料電池中，正極氧氣得電子，電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O=4OH-，負(fù)極甲烷失電子，電極反應(yīng)為CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O�；蛴秒姵乜偡磻�(yīng)（CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O）減去正極反應(yīng)得負(fù)極反應(yīng)。

(2)乙裝置中，Fe為陰極，電極反應(yīng)為2H2O+2e-=H2↑+2OH-；C為陽(yáng)極，電極反應(yīng)為2Cl--2e-=Cl2↑；電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子通過X膜向陰極（Fe）移動(dòng)。

(3)甲裝置消耗標(biāo)況下2.24L氧氣，則6個(gè)電極轉(zhuǎn)移電子均為n(e-)=(2.24L/22.4L·L-1)×4=0.4mol。乙裝置中右側(cè)溶液中，消耗0.4molCl-，移出0.4molNa+，溶液減少0.4mol×58.5g/mol=23.4g。丙裝置電解精煉銅，電極A為陰極（純銅），電極反應(yīng)只有Cu2++2e-=Cu；電極B為陽(yáng)極（粗銅），比銅活潑的雜質(zhì)先失電子，然后銅失電子，不活潑雜質(zhì)和惰性雜質(zhì)掉陽(yáng)極下面形成陽(yáng)極泥，可見CuSO4濃度會(huì)減小。據(jù)乙裝置Fe電極反應(yīng)，膜X左側(cè)生成0.4molOH－，混合稀釋液中c(OH-)=0.1mol·L-1，pH=13。