Question

1．某同学设计一个燃料电池（如图所示），目的是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）通入氢气的电极为负极（填“正极”或“负极”），负极的电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O．
（2）石墨电极为阳极（填“阳极”或“阴极”），反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，铁极区（填“铁极”或“石墨极”）的溶液先变红．
（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，填“增大”“减 小”或“不变”）．精铜电极上的电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu．
（4）假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大，（填“增大”“减 小”或“不变”），且变化了0.88克．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极上失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）电解饱和氯化钠溶液时，连接原电池负极的电极是阴极，连接原电池正极的电极是阳极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，导致氢氧根离子浓度大于氢离子浓度而使溶液呈碱性；
（3）粗铜精炼时，粗铜作阳极，阳极上金属失电子，阴极上铜离子得电子，根据阴阳极上金属的变化确定溶液中铜离子是否变化；
（4）串联电池中转移电子数相等，根据转移电子数相等计算乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量变化．

解答 解：（1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：负；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（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，阴极上氢离子放电，导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，则铁极区的溶液先变红，故答案为：阳极；铁极；
（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，电极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu；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，
故答案为：减小； Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气的关系式为：O₂----2H₂，设生成氢气的物质的量是xmol，
O₂-------2H₂
22.4L      2
0.224L      x           
x=0.02，所以消耗0.02×2=0.04mol氢离子，则乙装置中阳离子交换膜右侧进入左侧的钠离子也为0.04mol，所以乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大0.04×23-0.04×1=0.88g，
故答案为：增大；0.88．

点评 本题以原电池和电解池原理为载体考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算等知识点，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，燃料相同，如果电解质溶液不同，电极反应式则不同，为易错点．