Question

10．如图所示，装置Ⅰ为乙烯（C₂H₄）燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜．

①a处应通入C₂H₄（填“C₂H₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O；
②电镀结束后，装置Ⅰ中KOH溶液的浓度变小（填写“变大”“变小”或“不变”，下同），装置Ⅱ中Cu²⁺的物质的量浓度不变；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH^-以外还含有CO₃^2-；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8g，则装置Ⅰ中理论上消耗乙烯0.75L（标准状况下）．

Answer 1

分析 ①II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂；C₂H₄失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
②根据I中氢氧根离子浓度变化确定溶液pH变化；II中发生电镀，阳极上溶解的铜质量等于阴极上析出铜的质量；
③I中还有碳酸根离子生成；
④根据转移电子相等计算消耗甲烷的体积．

解答 解：①II中首先镀铜，则Cu作阳极、Fe作阴极，I中a处电极为负极、b处电极为正极，负极上通入燃料、正极上通入氧化剂，所以a处通入的气体是C₂H₄；C₂H₄失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应为C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O，
故答案为：C₂H₄；C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O；
②根据I中电池反应为C₂H₄+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+4H₂O，KOH参加反应导致溶液中KOH浓度降低，则溶液的pH减小；
II中发生电镀，阳极上溶解的铜质量等于阴极上析出铜的质量，则溶液中铜离子浓度不变，
故答案为：变小；不变；
③I中负极反应为C₂H₄+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+10H₂O，所以还有碳酸根离子生成，故答案为：CO₃^2-；
④装置Ⅱ中阴极质量变化12.8g，则转移电子为$\frac{12.8g}{64g/mol}$×2=0.4mol，串联电路中转移电子相等，所以消耗乙烯的体积=$\frac{1}{12}$×0.4mol×22.4L/mol≈0.75L，
故答案为：0.75．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，根据电解池中Cu、Fe电极上发生的反应确定燃料电池中正负极及电极上通入的气体，再结合转移电子相等计算，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．