Question

【題目】化學(xué)電源在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用。

I.如下圖所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)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(qǐng)按要求回答相關(guān)問題

(1)甲烷燃料電池負(fù)極反應(yīng)式是______________________。

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

(3)若在標(biāo)準(zhǔn)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___________L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為___________g，一段時(shí)間后燒杯中c(Cu2+)___________(填“增大”、“減小”或“不變”)

Ⅱ.“長(zhǎng)征”火箭發(fā)射使用的燃料是液態(tài)偏二甲肼(C2H8N2)，并使用四氧化二氮作為氧化劑，這種組合的兩大優(yōu)點(diǎn)是，既能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大能量將火箭送上太空，產(chǎn)物又不污染空氣(產(chǎn)物都是空氣成分)。某校外研究性學(xué)習(xí)小組擬將此原理設(shè)計(jì)為原電池，如圖所示，結(jié)合學(xué)習(xí)過的電化學(xué)原理分析其設(shè)計(jì)方案，回答相關(guān)問題：

(4)從a口加入___________(填名稱)。H+移動(dòng)方向是___________(填“A到B”或“B到A”)

(5)A極發(fā)生的電極反應(yīng)式：______________________。

(6)若以該電池為電源用石墨做電極電解200mL0.5mol/L的CuSO4溶液，電解一段時(shí)間后，兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體，則整個(gè)電解過程轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)目是___________。

Answer 1

【答案】CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O 2Cl－－2e－=Cl2↑ 4.48 12.8 減小 偏二甲肼 A到B C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+ 0.4NA(或2.408×1023)

【解析】

I.從原電池或電解池電極反應(yīng)式的書寫、基于轉(zhuǎn)移電子關(guān)系的相關(guān)計(jì)算進(jìn)行分析；Ⅱ.考察了燃料電池（原電池原理）的電極反應(yīng)式、電子流向以及轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目計(jì)算。

I.甲為燃料電池，甲烷通入一極為負(fù)極，氧氣通入一極為正極；乙為電解池，Fe為陰極，C為陽極，實(shí)質(zhì)為電解飽和食鹽水；丙為電解池，粗銅為陽極，精銅為陰極，實(shí)質(zhì)為電解精煉銅。

(1)、甲烷燃料電池負(fù)極為CH4，失去電子后結(jié)合OH－生成CO32-,其反應(yīng)式是CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O

本題答案：CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O

(2)、乙為電解池，Fe為陰極，C為陽極，實(shí)質(zhì)為電解飽和食鹽水，故石墨(C)極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑

本題答案：2Cl－－2e－=Cl2↑

(3)、標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2．24L氧氣的物質(zhì)的量為0．1mol，參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0．4mol ;鐵電極為陰極，陽離子放電：2H＋＋2e－=H2，則放出氫氣0．2mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為4．48L；丙裝置中陰極反應(yīng)式為：Cu2＋＋2e－=Cu，則析出銅0．2mol，即為12．8g。一段時(shí)間后燒杯中c(Cu2+)會(huì)減少。

本題答案：4.48；12.8；減小

(4)、外電路中電子由A電極流向B電極，由電子轉(zhuǎn)移方向可知A為負(fù)極，B為正極，根據(jù)原電池原理，還原劑在負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則從a口通入偏二甲肼；內(nèi)電路一般是陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以H+移動(dòng)方向是A到B

本題答案：偏二甲肼；A到B

(5)、A為負(fù)極，還原劑在負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，又已知產(chǎn)物中氣體均為空氣組分，所以A極發(fā)生的電極反應(yīng)式C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+

本題答案：C2H8N2-16e-+4H2O=2CO2↑+N2↑+16H+

(6)、兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體，則陰極除了Cu2+＋2e－＝Cu，還應(yīng)有2H+＋2e－＝H2↑，陽極的電極反應(yīng)式4OH--4e－=2 H2O+O2↑,設(shè)生成n（O2）=n（H2）=x,

因?yàn)閚（Cu2+）=0.5mol/L×0.2 L=0.1 mol，由得失電子守恒0.1×2+2x=4x，x=0.1mol，所以n（O2）=n（H2）=0.1 mol，則整個(gè)電解過程轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)目是 0.1 mol×4=0.4 mol ，即0.4NA

本題答案：0.4NA