Question

【題目】某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。

（1）如圖為某實驗小組依據氧化還原反應：___(用離子方程式表示)設計的原電池裝置，反應前，電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差12g，導線中通過___mol電子。

（2）如圖其他條件不變，某同學將（1）中鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，如圖所示。一段時間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞溶液，溶液變紅，電極反應為___；乙裝置中石墨（1）為____極(填“正”“負”“陰”或“陽”)。

（3）如圖為工業上用惰性電極電解Na2CO3溶液的原理。陽極的電極反應式為___，陰極產生的物質A的化學式為___。

（4）某同學以甲烷燃料電池為電源，以石墨為電極電解足量Na2CO3溶液，一段時間后，在電解池兩極上共產生6.72L氣體（標準狀況下），此時甲烷燃料電池中共消耗甲烷____g。

Answer 1

【答案】Fe +Cu2+=Fe2++Cu 0.2 O2+2H2O+4e-=4OH- 陰 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO32-+O2 H2 0.8

【解析】

(1)圖為原電池反應，Fe為負極，發生：Fe-2e-=Fe2-，石墨為正極，發生Cu2++2e-=Cu；總反應式為Fe+Cu2+═Fe2++Cu；根據總反應Fe+Cu2+═Fe2++Cu，分析兩極質量差與通過電子的物質的量之間的關系．

(2)若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池；

(3)結合圖可知，陽極上碳酸根離子失去電子生成碳酸氫根離子和氧氣，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，據此分析解答。

(4)甲烷燃料電池總反應CH4 + 2O2＝2CO2 + 2H2O，電解足量飽和的Na2CO3溶液，陽極反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O、陰極反應式為2H++2e-=H2↑，據此計算。

(1)圖中為原電池反應，Fe為負極，發生：Fe-2e-=Fe2-，石墨為正極，發生Cu2++2e-=Cu，總反應式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；根據總反應轉移2mol電子時負極減少1molFe，質量為56g，正極增加1molCu，質量為64g，即轉移2mol電子時兩極質量差為56g+64g=120g，所以兩電極質量相差12g時導線中通過0.2mol電子。

(2)若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，甲為原電池、乙為電解池，甲中Fe作負極、Cu作正極，甲中Cu電極上發生反應O2+4e-+2H2O=4OH-，導致溶液堿性增強，酚酞遇堿變紅色，所以溶液變紅色；乙裝置中連接銅絲的石墨為陽極，則石墨(1)為陰極；

(3)由圖可知，陽極反應為4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，則陰極產生的物質A的化學式為H2；

(4)甲烷燃料電池總反應CH4 + 4O2=2CO2 + 4H2O，電解足量飽和的Na2CO3溶液，陽極反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O、陰極反應式為2H++2e-=H2↑，當轉移4mol電子時原電池中消耗0.5mol甲烷，電解池中陽極產生1mol氧氣，陰極產生2mol氫氣，總體積為67.2L，所以當產生的氣體體積為6.72L時，消耗的甲烷為0.05mol，質量為0.05mol×16g/mol=0.8g；