Question

【題目】如圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業的原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關問題：

(1)甲烷燃料電池負極反應式為________________________。

(2)石墨(C)極的電極反應式為_______________________。

(3)若在標準狀況下，有2.24 L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵極上生成的氣體的體積為________L；丙裝置中陰極析出銅的質量為________ g。

(4)某同學利用甲烷燃料電池設計電解法制取漂白液或Fe(OH)2的實驗裝置(如圖所示)。

若用于制漂白液，a為電池的________極，電解質溶液最好用)________________

若用于制Fe(OH)2，使用硫酸鈉溶液作電解質溶液，陽極選用________作電極。

Answer 1

【答案】CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4.48 12.8 負 飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水) 鐵

【解析】

燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極。

（1）燃料電池中，負極上投放燃料，所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發生氧化反應，電解質溶液為堿性，產物為CO32－，電極反應式為：CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O；

（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發生氧化反應，電極反應式為：2Cl--2e-＝Cl2↑；

（3）串聯電池中轉移電子數相等，若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，氧氣的物質的量是2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，則則轉移電子的物質的量＝0.1mol×4＝0.4mol，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，設生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設析出銅的質量為yg，則

2H++2e-＝H2↑

2mol 22.4L

0.4mol xL

解得x=4.48L

Cu 2++2e-＝Cu

2mol 64g

0.4mol yg

解得y=12.8g；

（4）電解飽和食鹽水時，陰極上析出氫氣，陽極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分，B電極上生成氯氣，氯氣的密度小于溶液的密度，所以生成的氯氣上升，能和氫氧化鈉溶液充分的接反應生成次氯酸鈉，所以A極上析出氫氣，即A極是陰極，所以a為電池負極；若用于制Fe(OH)2，使用硫酸鈉做電解質溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，如果陽極是惰性電極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵，所以陽極上應該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應生成氫氧化亞鐵。答案為負 飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水) 鐵。