Question

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(yáng)離子交換膜。請(qǐng)按要求回答相關(guān)問(wèn)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(yáng)極選用________作電極。

 

Answer 1

(1)CH4－8e－＋10OH－=CO32—＋7H2O

(2)2Cl－－2e－=Cl2↑

(3)4.48　12.8

(4)負(fù)　飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水)　鐵

【解析】(1)甲烷燃料電池負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，即甲烷在負(fù)極上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化后生成碳酸鉀，負(fù)極反應(yīng)式為CH4－8e－＋10OH－=CO32—＋7H2O。(2)電池的負(fù)極與電解池的陰極相接，鐵極為陰極，則C極為陽(yáng)極，在C極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)n(O2)＝2.24/22.4＝0.1 mol，甲池中正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，由電子守恒知，經(jīng)過(guò)甲、乙、丙裝置的電子的物質(zhì)的量為0.4 mol。乙池中的鐵極與甲池的負(fù)極相連，鐵極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，n(H2)＝0.4/2＝0.2 mol，V(H2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。丙池中精銅為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，n(Cu)＝0.4/2＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol－1＝12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸鹽，制備原理是2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O，氣體與液體反應(yīng)，最好采用逆向接觸，即氣體在下端產(chǎn)生，堿溶液在上端生成，使其充分反應(yīng)，所以該裝置的下端為陽(yáng)極，上端為陰極，陰極與電源負(fù)極相連，故a極為負(fù)極。生活中常見且廉價(jià)的氯化物是氯化鈉，故電解質(zhì)溶液最好用飽和氯化鈉溶液。若制備氫氧化亞鐵，用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，選用鐵作陽(yáng)極。