Question

【題目】某同學設計一個燃料電池（如下圖所示），目的是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）通入氫氣的電極為 （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）假設乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標準狀況下，有224mL氧氣參加反應，則乙裝置中陽離子交換膜左側溶液質量將 ，（填“增大”“減 小”或“不變”），且變化了 克。

Answer 1

【答案】（1）負極、H2－2e-＋2OH-=2H2O （2）陽極、 鐵極

（3）減小 Cu2＋+2e－= Cu （4）增加 0.88

【解析】

試題分析：（1）燃料電池是將化學能轉變為電能的裝置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氫氣的電極是負極，負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水，電極反應式為H2－2e-＋2OH-=2H2O。

（2）乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負極，所以是陰極，則石墨電極是陽極；乙池中陰極是鐵，陽極是碳，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導致陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子濃度溶液呈堿性，所以在乙裝置中滴入酚酞溶液，鐵極區的溶液先變紅。

（4）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅失電子進入溶液，陰極上析出銅離子，根據轉移電子數相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將減�。痪�銅作陰極，溶液中的銅離子得電子生成銅，則精銅電極上的電極反應式為Cu2＋+2e－= Cu。

（5）乙池中的電解總方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 轉移2e－,應為X是陽離子交換膜，所以陰極生成NaOH和氫氣，224mL氧氣的物質的量為0.01mol，氧氣得到電子0.04mol，根據串聯電池中轉移電子數相等，陰極生成0.04molNaOH，0.02mol氫氣，所以乙裝置中陽離子交換膜左側溶液質量將增加，增加的質量為（0.04×23-0.02×2=0.88克。