Question

【題目】某同學設計一個燃料電池(如圖所示)，目的是探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理。

根據要求回答相關問題：

（1）甲裝置中，通入氫氣的電極為________(填“正極”或“負極”)，該極電極反應式為________；若將KOH溶液換成硫酸溶液，則正極電極反應式為__________________________。

（2）關于乙裝置，下列說法正確的是________(填序號)；

①溶液中Na＋向C極移動

②從C極處逸出的氣體能使濕潤的KI淀粉試紙變藍

③反應一段時間后通入適量HCl可恢復到電解前電解質的濃度

④若標準狀況下Fe極產生2.24L氣體，則溶液中轉移0.2mol電子

該裝置中發生的總反應的離子方程式為__________________________。

（3）乙裝置中，X為陽離子交換膜，反應一段時間后交換膜左側溶液中pH____(填“增大”、“減小”或“不變”)；若用飽和MgCl2溶液代替飽和氯化鈉溶液，則該裝置中發生的總反應______(填“改變”或“不變”)。

（4）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”)，精銅電極上的電極反應式為_______________________________。

Answer 1

【答案】負極 H2-2e-+2OH-=2H2O O2+4e-+4H+=2H2O ②③ 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ 增大 改變 減小 Cu2++2e-=Cu

【解析】

甲池為原電池，氧氣發生還原反應，通入氧氣的一極為正極，氫氣發生還原反應，通入氫氣的一極為負極；乙池中Fe電極與負極相連為陰極，石墨電極為陽極；丙池中精銅為陰極，粗銅為陽極。

(1)氫氧燃料電池中氫氣發生還原反應，所以通入氫氣的一極為負極，電解質溶液為KOH溶液，所以電極方程式為H2-2e-+2OH-=2H2O；正極為通入氧氣的一極，若電解質為硫酸，氧氣得電子后會生成水，電極方程式為：O2+4e-+4H+=2H2O；

(2)①C極為陽極，電解池中陽離子流向陰極，故錯誤；

②電解飽和食鹽水時陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣可以使濕潤的KI淀粉試紙變藍，故正確；

③電解飽和食鹽水陽極生成氯氣，陰極生成氫氣，所以反應一段時間后通入適量HCl可恢復到電解前電解質的濃度，故正確；

④電子不能在溶液中轉移，故錯誤；

綜上所述答案為②③；

乙裝置中右側陽極反應為：2Cl--2e-=Cl2↑，左側陰極反應為水電離的氫離子放電：2H++2e-=H2↑，總反應為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

(3)乙裝置中右側陽極反應為：2Cl--2e-=Cl2↑，左側陰極反應為水電離的氫離子放電：2H++2e-=H2↑，水的電離平衡被破壞，電離出更多的氫氧根，X為陽離子交換膜，所以生成的OH-無法遷移到陽極，所以左側溶液中pH增大；由于Mg2+會與OH-反應生成沉淀，所以總反應發生改變；

(4)丙池中陰極即精銅上發生反應：Cu2++2e-=Cu，而陽極即粗銅上由于由比銅活潑的金屬雜質放電，所以轉移相同電子數目時，陽極不能生成與陰極消耗的等量的銅離子，所以硫酸銅溶液濃度減小。