Question

2．如圖1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）甲烷燃料電池正極反應(yīng)式是O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
（2）乙池Fe電極的電極反應(yīng)式為2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-．
（3）若在標準狀況下，有1.68LCH₄參加反應(yīng)，則乙裝置中石墨（C）極上生成的氣體體積為6.72L；丙裝置中陰極析出銅的質(zhì)量為19.2g．
（4）某同學(xué)利用甲烷燃料電池設(shè)計電解法制取漂白液的實驗裝置（如圖2所示）．則a為電池的負極，電解質(zhì)溶液最好用飽和食鹽水．

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)相等計算石墨電極產(chǎn)生氯氣的體積、丙裝置中析出銅的質(zhì)量．
（4）電解飽和食鹽水時，陰極上析出氫氣，陽極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分．

解答 解：（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，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
故答案為：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
（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，F(xiàn)e電極是陰極，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↑，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案為：2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-；
（3）串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，若在標準狀況下，有1.68L即0.075molCH₄參加反應(yīng)，根據(jù)：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.075mol×8=0.6mol，乙裝置中石墨電極生成氯氣，設(shè)生成氯氣的體積為xL；丙裝置中陰極上析出銅，設(shè)析出銅的質(zhì)量為yg．
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
     2    1
   0.6mol xL
   x=0.3mol，產(chǎn)生氯氣的體積是0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
     2mol 64g
    0.6mol yg
y=19.2g
故答案為：6.72；19.2．
（4）電解飽和食鹽水時，陰極上析出氫氣，陽極上析出氯氣，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，次氯酸鈉是漂白液的有效成分，B電極上生成氯氣，氯氣的密度小于溶液的密度，所以生成的氯氣上升，能和氫氧化鈉溶液充分的接反應(yīng)生成次氯酸鈉，所以A極上析出氫氣，即A極是陰極，所以a為電池負極，用飽和氯化鈉溶液或食鹽水做電解質(zhì)溶液，
故答案為：負極；飽和食鹽水．

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，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．