Question

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______________________ __________________________________________________。

(2)石墨(C)極的電極反應(yīng)式為________________ __________________________。

(3)若在標準狀況下，有2.24 L氧氣參加反應(yīng)，則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為________L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為________g。

(4)某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計電解法制取漂白液或Fe(OH)₂的實驗裝置(如圖所示)。

若用于制漂白液，a為電池的____極，電解質(zhì)溶液最好用______。

若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸鈉作電解質(zhì)溶液，陽極選用________作電極。

Answer 1

解析　(1)甲烷燃料電池負極上發(fā)生氧化反應(yīng)，即甲烷在負極上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的產(chǎn)物為碳酸鉀，負極反應(yīng)式為CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O。(2)原電池的負極與電解池的陰極相接，鐵極為陰極，則C極為陽極，在C極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Cl^－－2e^－===Cl₂↑。(3)n(O₂)＝＝0.1 mol，甲池中正極反應(yīng)式為O₂＋4e^－＋2H₂O===4OH^－，由電子守恒知，經(jīng)過甲、乙、丙裝置的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol。乙池中的鐵極與甲池的負極相連，鐵極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H₂O＋2e^－===2OH^－＋H₂↑，n(H₂)＝＝0.2 mol，V(H₂)＝0.2 mol×22.4 L·mol^－1＝4.48 L。丙池中精銅為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu^2＋＋2e^－===Cu，n(Cu)＝＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol^－1＝12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸鹽，制備原理是2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋Cl₂↑＋H₂↑，Cl₂＋2OH^－===Cl^－＋ClO^－＋H₂O，氣體與液體反應(yīng)，最好采用逆向接觸，即氣體在下端產(chǎn)生，堿溶液在上端生成，使其充分反應(yīng)，所以該裝置的下端為陽極，上端為陰極，陰極與電源負極相連，故a極為負極。生活中常見且廉價的氯化物是氯化鈉，故電解質(zhì)溶液最好用飽和氯化鈉溶液。若制備氫氧化亞鐵，用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液，選用鐵作陽極。

答案　(1)CH₄－8e^－＋10OH^－===CO＋7H₂O

(2)2Cl^－－2e^－===Cl₂↑　(3)4.48　12.8

(4)負　飽和氯化鈉溶液或食鹽水　鐵