Question

17．根据要求回答下列问题：
（1）如图所示，某同学设计一个甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，乙装置中X为阳离子交换膜

①通入氧气的电极为正极（填“正极”或“负极”），写出负极的电极反应式CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O
CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O．
②铁电极为阴极（填“阴极”或“阳极”），石墨电极的电极反应式2Cl^--2e^-═Cl₂↑
2Cl^--2e^-═Cl₂↑．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠主要在铁极（填“铁极”或“石墨极”）区．
③如果粗铜中含有锌、银等杂质，则丙装置中硫酸铜溶液的浓度将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④若在标准状况下有2.24L氧气参与反应，则乙装置中铁电极上生成的气体在标况下的体积为4.48L；丙装置中阴极析出铜的质量为12.8g．
（2）某兴趣小组在常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO₃中组成原电池，测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气产生
．
0～t₁时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式为NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O，（提示：此时正极是NO₃^-放电），溶液中的H⁺向正极移动．t₁后，原电池中电流方向发生改变，其原因是Al表面钝化后，Al与硝酸反应逐渐停止，Cu与浓硝酸开始反应，故这时候Cu为负极，Al为正极，电流发生了改变．

Answer 1

分析 （1）①燃料电池中通入氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，负极上燃料失电子发生氧化反应；
②铁电极作阴极，碳作阳极，电解氯化钠饱和溶液时，阳极上氯离子放电；乙装置为电解氯化钠装置，氢氧化钠在阴极生成；
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根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积、丙装置中析出铜的质量；
（2）0-t₁时，Al在浓硝酸中发生钝化过程，Al为负极，氧化得到氧化铝，应有水参加，根据电荷守恒可知，有氢离子生成，Cu为正极，硝酸根放电生成二氧化氮，应由氢离子参与反应，同时有水生成，随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行，t₁时，铜做负极反应，Al为正极．

解答 解：（1）①燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，负极上燃料失电子和氢氧根离子发生氧化反应生成水，电极反应式为CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O，故答案为：正极；CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+22H₂O；
②铁电极连接原电池负极而作电解池阴极，碳作阳极，电解氯化钠饱和溶液时，阳极上氯离子放电，电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：阴极；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失电子进入溶液，银沉积在阳极附近，形成电极泥，阴极上析出铜，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；
④串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg．
2H⁺+2e^-=H₂↑
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
2mol 64g
0.4mol yg
y=12.8
故答案为：4.48；12.8；
（2）0-t₁时，Al在浓硝酸中发生钝化过程，Al为负极，氧化得到氧化铝，应有水参加，根据电荷守恒可知，有氢离子生成，Cu为正极，硝酸根放电生成二氧化氮，应由氢离子参与反应，同时有水生成，正极电极反应式为：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O，溶液中的H⁺向正极移动；Al表面钝化后，Al与硝酸反应逐渐停止，Cu与浓硝酸开始反应，故这时候Cu为负极，Al为正极，电流发生了改变，
故答案为：2H⁺+NO₃^-+e^-=NO₂↑+H₂O；正；Al表面钝化后，Al与硝酸反应逐渐停止，Cu与浓硝酸开始反应，故这时候Cu为负极，Al为正极，电流发生了改变．

点评 本题考查原电池和电解池知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合串联电路的特点解答该题，难度不大．