题目内容
【题目】如下图所示，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)甲装置中通入氧气的电极为______________（填“正极”或“负极”），负极的电极反应式为_________________。
(2)乙装置中铁电极为_______（填“阳极”或“阴极”），石墨电极(C)上发生_____反应（填“氧化”或“还原”），其电极反应式为___________________。
(3)反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在_____________区。（填“铁极”或“石墨极”）
(4)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”）。
(5)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为_____；丙装置中阴极析出铜的质量为_____________。
【答案】正极 H2－2e-＋2OH-＝2H2O 阴极 氧化 2Cl-－2e－＝Cl2↑ 铁极 减小 0.2NA(或1.204×1023) 12.8 g
【解析】
甲为燃料电池，氢气通入一极为负极，氧气通入一极为正极；乙为电解池，与负极相连的Fe电极为阴极，与正极相连的石墨电极为阳极，实质为电解饱和食盐水；丙为精炼池，与正极相连的粗铜为阳极，与负极相连的精铜为阴极。
（1）燃料电池中氧气通入一极为正极，得电子发生还原反应，氢气通入一极为负极，氢气在负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，故答案为：正极；H2－2e－＋2OH－=2H2O；
（2）乙池属于电解池，与负极相连的铁电极是阴极，与正极相连的石墨电极是阳极，氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑，故答案为：阴极；氧化；2Cl--2e-═Cl2↑；
（3）乙池中阴极是铁电极，阳极是石墨电极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极上水电离出的氢离子得电子发生还原反应生成氢气，破坏水的电离平衡，使阴极附近氢氧根离子逐渐增大呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，故答案为：铁极；
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，比铜活泼的锌与铜在阳极上失电子进入溶液，阴极上铜离子得电子发生还原反应析出铜，根据得失电子守恒，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，故答案为：减小；
（5）根据方程式中的转化关系可得：O2----2H2----2Cu，标准状况下2.24 L氧气的物质的量为0.1mol，则生成氢气的分子数是0.2×6.02×1023=1.204×1023，生成铜的质量是0.2mol×64mol/L=12.8g，故答案为：0.2NA(或1.204×1023)；12.8 g。
