Question

电化学原理对于化学反应的研究有着极其重要的作用．

（1）在铜的精炼及电镀工业中：
①如果用电解方法精炼粗铜，电解液选用CuSO₄溶液，则阳极的电极材料是

 

，通电一段时间后，电解液中的c（Cu²⁺）

 

（填“变大”、“不变”或“变小”）．
②如果在铁制零件上镀铜，则阴极的电极材料是

 

，电极反应式是

 

．
（2）某厂生产的氢氧化钾溶液中常含有某些K₂SO₄、K₂CO₃等杂质．通过如图乙所示的电解装置可将其提纯
①通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因

 

．
②除去杂质后的氢氧化钾溶液从出口

 

（填写“A”或“B”）导出．
（3）“节约能源，降低成本”是工业生产的重要课题．图甲中的设计能够有效降低氯碱工业的成本（电极已省略）．
①图中X是

 

（填化学式），检验该产物的方法是

 

．图示中氢氧化钠溶液的质量分数a%、b%、c%由大到小的顺序是

 

．
②写出燃料电池中负极上发生的电极反应式

 

．
③该设计的主要节（电）能之处在于

 

（写出1点）．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）依据电解精炼铜的原理分析，粗铜做阳极，精铜做阴极，含铜离子的盐溶液做电解质溶液；电镀原理是镀层金属做阳极，待镀物质做阴极，含镀层金属离子的电解质溶液；
（2）氢氧化钾溶液中常含有某些K₂SO₄、K₂CO₃等杂质，利用电解装置将其提纯；
①通电过程中阴极是溶液中氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，水电离出的氢氧根离子浓度增大，溶液PH中增大；
②分析装置图，氢氧化钾溶液在阴极附近生成，阳离子交换膜只允许阳离子通过；
（3）①分析流程图可知X是阳极区生成的氯气，检验氯气的方法是利用其氧化性使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝验证，阴极电解池和燃料电池原理和反应时溶液浓度变化分析判断氢氧化钠溶液的质量分数大小；
②生成的Y为氢气，在空气中燃烧设计成燃料电池，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在阴极得到电子发生还原反应；
③燃料电池降低能耗，补充电解池消耗的能量，提高产出碱液的浓度．

解答： 解：（1）①如果用电解方法精炼粗铜，电解液选用CuSO₄溶液，则阳极的电极材料是粗铜，粗铜中韩哟普的其他杂志金属通电也会失电子，溶液中铜离子在阴极得到电子发生还原反应，阳极电子守恒可知，溶液中铜离子浓度减小；
故答案为：粗铜； 变小； 
②如果在铁制零件上镀铜，则阴极的电极材料是铁制零件，溶液中铜离子得到电子发生还原反应，电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
故答案为：铁质零件，Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）①通电过程中阴极是溶液中氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，是水电离出的H⁺发生电极反应：2H⁺+2e ^-=H₂↑水电离出的氢氧根离子浓度增大，
故答案为：水电离出的H⁺发生2H⁺+2e ^-=H₂↑而使溶液中c（OH^-）增大；
②分析装置图，氢氧化钾溶液在阴极附近生成，阳极区阳离子通过离子交换膜移向阴极区，所以在阴极区得到氢氧化钾溶液，除去杂质后的氢氧化钾溶液从B出口得到；
故答案为：B；
（3）①分析图甲可知电解池中是电解饱和食盐水，生成的Y气体和空气组成燃料电池，说明是氢气，证明X为阳极上生成的氯气，检验氯气的方法是用湿润的淀粉KI试纸检验该气体，试纸变蓝，说明产物为Cl₂，a处是电解饱和食盐水生成的氢氧化钠溶液分别加入燃料电池的电极室，其中负极电极反应是氢气失电子生成氢离子在碱溶液中生成水，消耗氢氧根离子，正极区是氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，氢氧化钠浓度增大，所以质量分数为b%＞a%＞c%；
故答案为：Cl₂；用湿润的淀粉KI试纸检验该气体，试纸变蓝，说明产物为Cl₂，b%＞a%＞c%； 
②燃料电池中负极上发生的电极反应式是氢气失电子发生的氧化反应，电极反应为：H₂-2e^-+2OH=2H₂O，故答案为：H₂-2e^-+2OH=2H₂O；
③图示方向可知燃料电池降低能耗，补充电解池消耗的能量，提高产出碱液的浓度，
故答案为：燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗；回答其中一种．

点评：本题考查了原电池、电解池原理的分析应用，主要是电极判断，电极反应的分析应用，注意图中的转化关系和反应特征，溶液酸碱性判断，掌握基础是关键，题目难度中等．