Question

【題目】如圖所示，某同學設計一個甲醚燃料電池并探究氯堿工業(yè)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(jù)要求回答相關問題：

（1）寫出負極的電極反應式_____________________________。

（2）鐵電極為________（填“陽極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應式為________________。

（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”）。

（4）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則丙裝置中陰極析出銅的質量為______。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。

（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，此時乙裝置中發(fā)生的總反應式為_________________________________。

Answer 1

【答案】 CH3OCH3－12e－+ 16OH－== 2CO32－+ 11H2O 陰極 2Cl－－2e－=Cl2↑ 減小 12.8 增大 0.88 Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑

【解析】（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(fā)生還原反應，負極上燃料失電子和氫氧根離子發(fā)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；（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↑；（3）丙裝置中，陽極上金屬失電子發(fā)生氧化反應，陰極上銅離子得電子生成銅，根據(jù)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�。唬�4）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，轉移電子×4=0.4mol，則丙裝置中陰極上銅離子得電子生成銅單質，析出銅的質量=×64g/mol=12.8g，根據(jù)串聯(lián)電池中轉移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣的關系式為：O2~2H2，則生成氫氣的物質的量是×2=0.2mol，所以消耗0.02×2=0.04mol氫離子，則乙裝置中陽離子交換膜右側進入左側的鈉離子也為0.04mol，所以乙裝置中陽離子交換膜左側溶液質量將增大0.04mol×23g/mol-0.04mol×1g/mol＝0.88g；（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，則陽極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電池反應式為Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。