Question

近年来，山东省大力发展以太阳能、风能、燃料电池为代表的新能源．如图1是某种质子交换膜燃料电池原理示意图．

（1）该燃料电池工作过程中，质子（H⁺）透过质子交换膜移动到

 

极（填“a”或“b”）．该电池的正极反应式为：

 

．
（2）若用此燃料电池作为电源向铁制品上镀上一层铜，则铁制品要连接在燃料电池的

 

极（填“a”或“b”）上．若用此燃料电池电解精炼银，应使粗银作电解池的

 

极，使用AgNO₃和HNO₃的混合溶液作电解液，若阴极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为

 

．
（3）实验室利用此燃料电池为电源模拟处理含Cr2O72-的废水，装置如图2所示．已知阳极反应式是Fe-2e^-═Fe²⁺，阴极上有气体产生，其电极反应式是：

 

．一段时间后，测得阴极产生的气体在标况下的体积为2.24L，则燃料电池至少要通入标况下空气的体积约为

 

L．（已知空气中氧气约占

1

5

）

Answer 1

考点：常见化学电源的种类及其工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）该装置为氢氧燃料酸性电池，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水；
（2）电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极；电解精炼时，粗银作阳极，纯银作阴极，若阴极有少量红棕色气体生成，说明阴极上硝酸根离子得电子生成二氧化氮；
（3）电解时，阳极是活泼金属，所以阳极上铁失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，根据串联电路中转移电子相等计算．

解答： 解：（1）该装置为氢氧燃料酸性电池，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，原电池放电时，电解质溶液中氢离子向正极b移动，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：b；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（2）电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极，所以铁上镀铜时，铁作阴极，连接原电池的负极a；电解精炼时，粗银作阳极，纯银作阴极，所以粗银作阳极，若阴极有少量红棕色气体生成，说明阴极上硝酸根离子得电子生成二氧化氮，电极反应式为：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O，
故答案为：a；阳；2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O；
（3）电解时，阳极是活泼金属，所以阳极上铁失电子发生氧化反应，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为，阴极生成2.24L氢气，转移电子的物质的量=

2.24L

22.4L/mol

×2=0.2mol，串联电路中转移电子相等，则通入空气的体积=

0.2mol 4

1 5

×22.4L/mol=5.6L，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；5.6．

点评：本题以原电池和电解池原理为载体考查了物质的量的计算、电极反应式的书写，根据串联电路中转移电子相等计算空气的体积，注意书写电极反应式时要结合电解质溶液的酸碱性，为易错点．