Question

如图1所示，某同学设计了一个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．请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极电极反应式是：   ；

（2）石墨电极（C）的电极反应式为  ；

（3）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为   L；丙装置中阴极析出铜的质量为  g；

（4）某同学利甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe（OH）₂的实验装置（如图2所示）．

若用于制漂白液时a为电池负极，电解质溶液最好用   ．

若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸钠做电解质溶液，阳极选用铁作电极．

Answer 1

考点：  原电池和电解池的工作原理．

专题：  电化学专题．

分析：  燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极．

（1）燃料电池中，负极上投放燃料，负极上失电子发生氧化反应．

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应．

（3）根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积、丙装置中析出铜的质量．

（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分；若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁．

解答：  解：燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极．

（1）燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：

CH₄+10OH^﹣﹣8e^﹣=CO₃^2﹣+7H₂O．

故答案为：CH₄+10OH^﹣﹣8e^﹣=CO₃^2﹣+7H₂O．

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl^﹣﹣2e^﹣=Cl₂↑．

故答案为：2Cl^﹣﹣2e^﹣=Cl₂↑．

（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg．

2H⁺+2e^﹣=H₂↑

  2mol 22.4L

 0.4mol xL

x=4.48

2Cu ²⁺+2e^﹣=Cu

    2mol  64g

  0.4mol  yg

y=12.8

故答案为：4.48；12.8．

（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分，B电极上生成氯气，氯气的密度小于溶液的密度，所以生成的氯气上升，能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠，所以A极上析出氢气，即A极是阴极，所以a为电池负极；若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，如果阳极是惰性电极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁，所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁．

故答案为：负极；饱和食盐水；铁．

点评：  本题考查了原电池和电解池原理及物质的量的有关计算，难点是（4）题中电解质溶液的选取及电极材料的选取，根据实验目的进行正确选取即可．