Question

【題目】如圖所示，某同學設計一個甲醚燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。

根據要求回答相關問題：

（1）寫出負極的電極反應式_____________________________。

（2）鐵電極為________（填“陽極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應式為________________。

（3）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將____（填“增大”、“ 減小”或“不變”）。

（4）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則丙裝置中陰極析出銅的質量為______。假設乙裝置中氯化鈉溶液足夠多，若在標準狀況下，有224mL氧氣參加反應，則乙裝置中陽離子交換膜左側溶液質量將____________（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，此時乙裝置中發生的總反應式為_________________________________。

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，正極上得電子發生還原反應，負極上燃料失電子和氫氧根離子發生氧化反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH3OCH3 - 12e- + 16OH- = 2CO32－+ 11H2O；（2）鐵電極連接原電池負極而作電解池陰極，碳作陽極，電解氯化鈉飽和溶液時，陽極上氯離子放電，電極反應式為2Cl--2e-=Cl2↑；（3）丙裝置中，陽極上金屬失電子發生氧化反應，陰極上銅離子得電子生成銅，根據轉移電子守恒，陽極上銅消耗的質量小于陰極上析出銅的質量，所以溶液中硫酸銅濃度減小；（4）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，轉移電子×4=0.4mol，則丙裝置中陰極上銅離子得電子生成銅單質，析出銅的質量=×64g/mol=12.8g，根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣、氫氣的關系式為：O2~2H2，則生成氫氣的物質的量是×2=0.2mol，所以消耗0.02×2=0.04mol氫離子，則乙裝置中陽離子交換膜右側進入左側的鈉離子也為0.04mol，所以乙裝置中陽離子交換膜左側溶液質量將增大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，則陽極上鐵失電子發生氧化反應，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電池反應式為Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。