Question

【題目】如圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)甲醚燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽(yáng)離子交換膜。

根據(jù)要求回答相關(guān)問(wèn)題：

（1）寫(xiě)出負(fù)極的電極反應(yīng)式_____________________________。

（2）鐵電極為________（填“陽(yáng)極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應(yīng)式為________________。

（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì)，丙裝置中反應(yīng)一段時(shí)間，硫酸銅溶液濃度將____（填“增大”、“ 減小”或“不變”）。

（4）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為______。假設(shè)乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有224mL氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將____________（填“增大”、“減小”或“不變”），且變化了_______克。

（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，此時(shí)乙裝置中發(fā)生的總反應(yīng)式為_________________________________。

Answer 1

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

【解析】（1）燃料電池中通入氧化劑氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上燃料失電子和氫氧根離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH3OCH3 - 12e- + 16OH- = 2CO32－+ 11H2O；（2）鐵電極連接原電池負(fù)極而作電解池陰極，碳作陽(yáng)極，電解氯化鈉飽和溶液時(shí)，陽(yáng)極上氯離子放電，電極反應(yīng)式為2Cl--2e-=Cl2↑；（3）丙裝置中，陽(yáng)極上金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上銅離子得電子生成銅，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒，陽(yáng)極上銅消耗的質(zhì)量小于陰極上析出銅的質(zhì)量，所以溶液中硫酸銅濃度減小；（4）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子×4=0.4mol，則丙裝置中陰極上銅離子得電子生成銅單質(zhì)，析出銅的質(zhì)量=×64g/mol=12.8g，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等得氧氣、氫氣的關(guān)系式為：O2~2H2，則生成氫氣的物質(zhì)的量是×2=0.2mol，所以消耗0.02×2=0.04mol氫離子，則乙裝置中陽(yáng)離子交換膜右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的鈉離子也為0.04mol，所以乙裝置中陽(yáng)離子交換膜左側(cè)溶液質(zhì)量將增大0.04mol×23g/mol-0.04mol×1g/mol＝0.88g；（5）若將乙裝置中鐵電極與石墨電極位置互換，其他裝置不變，則陽(yáng)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電池反應(yīng)式為Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。