Question

電化學(xué)原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中應(yīng)用廣泛．
（1）模擬鐵的電化學(xué)防護裝置如圖如圖一所示：當開關(guān)K置于M處，E電極材料應(yīng)為

 

；當開關(guān) K E置于N處、E為碳棒時，N與電源的

 

極連接．
（2）某人設(shè)想用圖二所示裝置利用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出M電極的電極反應(yīng)式：

 

．
（3）圖三所示裝置中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH 溶液）的結(jié)構(gòu)示意圖，在Ⅱ中實現(xiàn)銅的電解精煉，則a電極的材料是

 

；若Ⅱ中陰極上析出銅 3.2g，則消耗的 CH₄在標準 狀況下的體積是

 

L．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）鐵的電化學(xué)防護裝置，K置于M處，是原電池，E電極材料應(yīng)為比鐵活潑的金屬鋅做負極，當開關(guān)K置于N處為電解池，鐵做陰極，E為碳棒時做陽極，N與電源正極相連；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
（3）在Ⅱ中實現(xiàn)銅的電解精煉，則粗銅作陽極，精銅作陰極，連接陽極的是原電池正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算甲烷的體積．

解答： 解：（1）鐵的電化學(xué)防護裝置，K置于M處，是原電池，E電極材料應(yīng)為比鐵活潑的金屬鋅做負極，當開關(guān)K置于N處為電解池，鐵做陰極，E為碳棒時做陽極，N與電源正極相連，故答案為：鋅；正；
（2）原電池負極M電極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-，M電極電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（3）甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，銅的電解精煉，精銅作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負極，所以b應(yīng)為精銅，粗銅作電解池的陽極，連接甲烷燃料電源的正極，所以a應(yīng)為粗銅．甲烷堿性燃料電池CH₄放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×

3.2g

64g/mol

=0.1mol，
n（CH₄）=

1

80

mol，所以v（CH₄）=

1

80

mol×22.4L/mol=0.28L，
故答案為：粗銅；0.28．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性寫電極反應(yīng)式，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫是學(xué)習(xí)的難點．