Question

13．某化学兴趣小组用如图所示装置进行电化学原理的实验探究，回答下列问题：
（1）通O₂的Pt电极为电池正极（填电极名称），其电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为Ag，电解质溶液为AgNO₃溶液．
（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，在X电（填“X”或“Y”）周围有固体沉积，该电极的电极反应式为Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺．
（4）若X、Y均为Pt，B电池的电解质溶液为500mL 1.0mol/L的NaCl溶液，当电池工作一段时间断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变）．恢复到常温下，B电池溶液的pH=13，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入0.05molHCl（填物质并注明物质的量）．
（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu₂O，试写出该电极发生的电极反应式为2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）若X、Y均是Pt，电解质溶液为Na₂SO₄溶液，通电一段时间后，在阴极上逸出a mol气体，同时有Wg Na₂SO₄•10H₂O 晶体析出，若温度不变，此时剩余溶液的溶质的质量分数为$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%．

Answer 1

分析 （1）左边是燃料电池，右边是电解池，通氧气的一极是正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X与电源的正极相连，是阳极发生氧化反应，电解质溶液是硝酸银溶液；
（3）粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，其中锌和铁会在电极上放电生成阳离子进入溶液，所以阳极泥的主要成分是Ag、Au；
（4）电解饱和食盐水阳极是氯离子失电子生成氯气，阴极是氢离子得到电子生成氢气；依据电解原理分析，书写电池反应，依据生成的气体体积，计算氢氧根离子浓度，结合离子积常数计算氢离子浓度计算溶液pH；恢复溶液浓度依据出什么，加什么的原则分析；
（5）X电极是阳极发生氧化反应，电极反应式为：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O；
（6）用Pt作电极，电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，实际上是电解的水，发生总反应2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，根据质量分数公式计算即可

解答 解：（1）A池是燃料电池，B池是电解池，通氧气的一极是正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案为：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）X与电源的正极相连，是阳极发生氧化反应，所以X电极材料为银，电解质溶液是硝酸银溶液，故答案为：Ag；AgNO₃溶液；
（3）粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，其中锌和铁会在电极上放电生成阳离子进入溶液，Ag、Au不参与反应，在阳极上沉积，阳极分别发生Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案为：X；Zn-2e^-=Zn²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；
（4）Y电极与原电池的负极相连，电极氢离子得到电子生成氢气，生成氢气560ml的物质的量=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，依据电解方程式：
2Cl^-+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
         1          2
      0.025mol      n
$\frac{1}{0.025mol}=\frac{2}{n}$，解得：n=0.05mol
C（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，
C（H⁺）=$\frac{Kw}{C（O{H}^{-}）}$$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，pH=-lg[H⁺]=13；所以应加入0.025mol×2=0.05mol的HCl恢复原状态，
故答案为：13；0.05molHCl；
（5）X电极是阳极发生氧化反应，电极反应式为：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O，故答案为：2Cu+2OH^--2e^-=Cu₂O+H₂O．
（6）用Pt作电极，电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，
w g Na₂SO₄•10H₂O硫酸钠的质量=w g×$\frac{142}{322}$=$\frac{71W}{161}$g，
设电解水的质量为x：
2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，
36g 2mol
x amol
x=18ag
所以饱和溶液的质量分数=$\frac{\frac{71W}{161}g}{（W+18a）g}$×100%=$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%，故答案为：$\frac{7100W}{161（W+18a）}$%．

点评 本题考查原电池、电解池工作原理，正确推断燃料电池正负极是解本题的关键，难点是溶液的pH计算，根据电解饱和食盐水的离子方程式分析解答．