Question

【題目】如下圖所示，某同學設計一個燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。

根據要求回答相關問題：

（1）通入氧氣的電極為_____________ （填“正極”或“負極”），負極的電極反應式為________________________________________ 。

（2）石墨電極為__________（填“陽極”或“陰極”），反應一段時間后，在乙裝置中滴入酚酞溶液，__________ 區（填“鐵極”或“石墨極”）的溶液先變紅。

（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將________________，填“增大”“減 小”或“不變”）。精銅電極上的電極反應式為_______________________。

（4）若在標準狀況下，有224m L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體在標況下體積為_________L；丙裝置中陰極析出銅的質量為 ____________g 。

Answer 1

【答案】正極 CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O 陽極 鐵極 減少 Cu2+ + 2e- = Cu 0.448 1.28

【解析】

（1）原電池中，正極發生還原反應，負極發生氧化反應，負甲醚失去電子被氧化生成碳酸根離子；

（2）鐵電極連接原電池的負極，為電解池的陰極，陰極上氫離子放電；

（3）根據轉移電子守恒，陽極上銅消耗的質量小于陰極上析出銅的質量，所以溶液中硫酸銅濃度減小；

（4）根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣、氫氣和銅的關系式為：O2～2H2～2Cu進行計算。

（1）燃料電池中通入氧化劑氧氣的電極是正極，正極上得電子發生還原反應，負極上通入的是甲醚，負極上燃料失電子和氫氧根離子發生氧化反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O，故答案為：正極；CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O。

（2）鐵電極連接原電池負極而作電解池陰極，碳作陽極，電解氯化鈉飽和溶液時，陽極上氯離子放電，電極反應式為2Cl--2e-=Cl2↑，陰極上氫離子放電，電極方程式為：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，滴入酚酞溶液，鐵電極區的溶液先變紅，

故答案為：陽極，鐵極。

（3）丙裝置中，如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅、銀失去電子進入溶液，陰極上析出銅離子，陽極上金屬失電子發生氧化反應，電極方程式為：Cu2++2e-=Cu，陰極上銅離子得電子生成銅，根據轉移電子守恒，陽極上銅消耗的質量小于陰極上析出銅的質量，所以溶液中硫酸銅濃度減小，故答案為：減少，Cu2++2e-=Cu。

（4）根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣、氫氣和銅的關系式為：O2～2H2～2Cu。若在標準狀況下，有224mL的氧氣參加反應，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，則乙裝置中鐵電極上生成氫氣的體積=0.224L×2=0.448L，丙裝置中陰極上銅離子得電子生成銅單質，析出銅的質量=0.224L/22.4L/mol×2×64g/mol=12.8g，

故答案為：0.448L，12.8g。