Question

【题目】如图所示，某同学设计一个甲醚燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：

（1）写出负极的电极反应式_____________________________。

（2）铁电极为________（填“阳极”或“阴极”），石墨电极（C）的电极反应式为________________。

（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将____（填“增大”、“ 减小”或“不变”）。

（4）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则丙装置中阴极析出铜的质量为______。假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将____________（填“增大”、“减小”或“不变”），且变化了_______克。

（5）若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，其他装置不变，此时乙装置中发生的总反应式为_________________________________。

Answer 1

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

【解析】（1）燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，负极上燃料失电子和氢氧根离子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH3OCH3 - 12e- + 16OH- = 2CO32－+ 11H2O；（2）铁电极连接原电池负极而作电解池阴极，碳作阳极，电解氯化钠饱和溶液时，阳极上氯离子放电，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；（3）丙装置中，阳极上金属失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子生成铜，根据转移电子守恒，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小；（4）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，转移电子×4=0.4mol，则丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质，析出铜的质量=×64g/mol=12.8g，根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气的关系式为：O2~2H2，则生成氢气的物质的量是×2=0.2mol，所以消耗0.02×2=0.04mol氢离子，则乙装置中阳离子交换膜右侧进入左侧的钠离子也为0.04mol，所以乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大0.04mol×23g/mol-0.04mol×1g/mol＝0.88g；（5）若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，其他装置不变，则阳极上铁失电子发生氧化反应，阴极上氢离子放电生成氢气，所以电池反应式为Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。