Question

【題目】如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)燃料電池并探究氯堿工業(yè)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(qǐng)按要求回答相關(guān)問題：

(1)甲烷燃料電池負(fù)極反應(yīng)式為________________________。

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

(3)若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24 L氧氣參加反應(yīng)，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(zhì)量為________ g。

(4)某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計(jì)電解法制取漂白液或Fe(OH)2的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)。

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

若用于制Fe(OH)2，使用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)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(fù) 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(fù)極，投放氧化劑的電極是正極。

（1）燃料電池中，負(fù)極上投放燃料，所以投放甲烷的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液為堿性，產(chǎn)物為CO32－，電極反應(yīng)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(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-＝Cl2↑；

（3）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，氧氣的物質(zhì)的量是2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，則則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)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(shè)生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)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(shí)，陰極上析出氫氣，陽極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)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(yīng)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(fù)極；若用于制Fe(OH)2，使用硫酸鈉做電解質(zhì)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(yīng)該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵。答案為負(fù) 飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水) 鐵。