Question

17．如圖所示，某同學(xué)設(shè)計了一個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為陽離子交換膜．請按要求回答相關(guān)問題：

（1）甲烷燃料電池負極反應(yīng)式是CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）石墨（C）極的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為4.48L，丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為12.8g；
（4）某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計電解法制取Fe（OH）₂的實驗裝置（如圖所示），用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉作電解質(zhì)溶液，陽極選用鐵作電極．

Answer 1

分析 燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極．
（1）燃料電池中，負極上投放燃料，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算鐵電極上生成氫氣的體積、丙裝置中析出銅的質(zhì)量；
（4）若用于制Fe（OH）₂，使用硫酸鈉做電解質(zhì)溶液，陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．

解答 解：燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極．
（1）燃料電池中，負極上投放燃料所以投放甲烷的電極是負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：
CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）甲中投放氧化劑的電極是正極，所以乙裝置中石墨電極是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
（3）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在；準狀況下，有2.24L氧氣參加反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$，乙裝置中鐵電極上氫離子放電生成氫氣，設(shè)生成氫氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)量為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
故答案為：4.48；12.8；
（4）如果陽極是惰性電極，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣得不到氫氧化亞鐵，所以陽極上應(yīng)該是鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵．
故答案為：鐵．

點評 本題考查了原電池和電解池原理及物質(zhì)的量的有關(guān)計算，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析、計算能力的考查，難點是（4）題中電解質(zhì)溶液的選取及電極材料的選取，根據(jù)實驗?zāi)康倪M行正確選取即可．