Question

17．某同学设计一个燃料电池（如图所示），目的是探究氯碱工业原理和电镀的原理，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通入氢气的电极的反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
②反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，铁极区（填“铁极”或“石墨极”）的溶液先变红．乙装置中电解反应的总化学方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH．
③欲用丙装置给铜镀银．电极A应该是铜（填“银”或“铜”），电镀液的主要成分是AgNO₃（填化学式）．
④若在标准状况下，甲池中有224mL氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体在标况下体积为0.448L；丙装置中阴极析出Ag的质量为4.32g．（相对原子质量Ag：108）

Answer 1

分析 甲为氢氧碱性染料电池，通入氢气的Pt电极为负极，通入氧气的Pt电极为正极，乙、丙为电解池，乙中Fe为阴极、碳为阳极，丙中A为阴极、B为阳极．
①氢气发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成水；
②乙中Fe为阴极，水放电生成氢气与氢氧根离子，阳极是氯离子放电生成氯气；
③电镀池中，镀层金属作阳极，镀件作阴极，电解质溶液含有镀层金属阳离子；
④根据电子转移守恒计算乙中Fe电极生成氢气、丙中析出Ag的物质的量，再计算氢气体积、Ag的质量．

解答 解：甲为氢氧碱性染料电池，通入氢气的Pt电极为负极，通入氧气的Pt电极为正极，乙、丙为电解池，乙中Fe为阴极、碳为阳极，丙中A为阴极、B为阳极．
①氢气发生氧化反应，失去电子，碱性条件下生成水，电极反应式为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
②乙中Fe为阴极，电极反应式为：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，阳极是氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，在Fe电极生成氢氧化钠，该电极附近溶液颜色先变红，电解反应的总化学方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，
故答案为：铁极；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，
③丙中A为阴极、B为阳极，欲用丙装置给铜镀银，电极A应该是铜，电极B为Ag，电镀液的主要成分是AgNO₃，
故答案为：铜；AgNO₃；
④甲中参加反应氧气为$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根据电子转移守恒，乙中Fe电极生成氢气为$\frac{0.01mol×4}{2}$=0.02mol，生成氢气体积为0.02mol×22.4L/mol=0.448L，丙中析出Ag的物质的量为$\frac{0.01mol×4}{1}$=0.04mol，析出Ag的质量为0.04mol×108g/mol=4.32g，
故答案为：0.448L；4.32g．

点评 本题考查原电池和电解池原理及应用，涉及燃料电池、电镀、电化学计算等，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，难度中等．