Question

【题目】如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜（含有少量锌、金、银等杂质）的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。回答下列问题：

(1)甲烷燃料电池负极的电极反应式为_________。

(2)乙装置中阳离子通过X膜向________ 极（填“Fe”或“C”）移动；丙装置中粗铜为_______电极（填“A”或“B”）

(3)若在标况下，有2.24L氧气参与反应，则乙装置中右侧溶液________（填“增加”或“减少”）______g，丙装置中CuSO4浓度__________（填“增加”、“减少” 或“不变”）。

Answer 1

【答案】CH4 - 8e- +10OH- =CO32- +7H2O Fe B 减少 23.4 减少

【解析】

（1）燃料电池是将化学能转化为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极。

（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳离子通过X膜向阴极移动，粗铜作阳极。

（3）根据串联电池中转移电子数相等得氧气和氯气的关系式为：O2～2Cl2。

（1）燃料电池是将化学能转化为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4 - 8e- +10OH- =CO32- +7H2O，故答案为：CH4 - 8e- +10OH- =CO32- +7H2O。

（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳离子通过X膜向阴极移动，粗铜作阳极，故答案为：Fe；B。

（3）根据串联电池中转移电子数相等得氧气和氯气的关系式为：O2～2Cl2，标况下，2.24L氧气的物质的量为0.1mol，所以氯气的物质的量为0.2mol，消耗溶液中氯离子为0.4mol，乙装置中阳离子交换膜右侧进入左侧的钠离子也为0.4mol，所以右侧溶液质量减少为0.4×23+0.4×35.5=23.4g，粗铜（含有少量锌、金、银等杂质），阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液中，阴极上析出铜，根据转移电子数相等，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中CuSO4浓度减小，故答案为：减少 ；23.4 ；减少。