题目内容
【题目】如图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜．根据要求回答相关问题：
（1）甲烷燃料电池的负极反应式______．
（2）石墨电极（C）的电极反应式为______．
（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将______（填“增大”“减小”或“不变”）．
（4）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成标况下气体的的体积为______；丙装置中阴极析出铜的质量为______．
【答案】 CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O 2Cl－－2e－=Cl2↑ 减小 有4.48L 12.8g
【解析】燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O；正确答案：CH4－8e－＋10OH－=CO32－＋7H2O。
（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-═Cl2↑，正确答案：2Cl--2e-═Cl2↑。
（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜离子，阳极电极方程式分别为Zn-2e-=Zn2+、Cu-2e-=Cu2+，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，正确答案：减小。
（4）根据串联电池中转移电子数相等得出氧气、氢气和铜的关系式为：O2---2H2---2Cu，氧气有2.24 L（即0.1mol）,生成氢气0.2 mol，气体的体积为4．48L ,生成铜0.2×64=12．8g，正确答案：4．48L；12．8 g。
