题目内容

7.如图所示,某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和电解CuSO4溶液,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)通入氧气的电极为正极(填“正极”或“负极”),正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O═4OH-.
(2)铁电极为阴极(填“阳极”或“阴极”),石墨电极(C)的电极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑.
(3)反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区.(填“铁极”或“石墨极”)
(4)乙装置中电解的总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH-+Cl2↑+H2↑
(5)若在标准状况下,有1.12L氧气参加反应,丙装置中阴极增重的质量为6.4g.

分析 (1)燃料电池是将化学能转变为电能的装置,属于原电池,投放燃料的电极是负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,投放氧化剂的电极是正极,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,注意如果活泼电极作阳极,则阳极上电极材料放电而不是溶液中阴离子放电;
(3)电解饱和氯化钠溶液时,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;
(4)乙装置阳极为惰性电极电解饱和氯化钠溶液,据此写出电解总反应;
(5)串联电池中转移电子数相等,根据转移电子数相等计算丙装置中阴极析出铜的质量.

解答 解:(1)燃料电池是将化学能转变为电能的装置,属于原电池,投放燃料的电极是负极,投放氧化剂的电极是正极,所以通入氧气的电极是正极,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应式为:O2+4e-+2H2O═4OH-;
故答案为:正极,O2+4e-+2H2O═4OH-;
(2)燃料电池相当于电源,乙装置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,电极反应式为:2Cl--2e-═Cl2↑;
故答案为:阴极;2Cl--2e-═Cl2↑;
(3)乙装置中阴极是铁,阳极是碳,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;
故答案为:铁极;
(4)乙装置阳极为惰性电极电解饱和氯化钠溶液,阳极氯离子放电生成氯气,阴极水电离出的氢离子放电生成氢气,则电解总反应离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH-+Cl2↑+H2↑;
故答案为:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH-+Cl2↑+H2↑;
(5)丙装置中阴极增重的质量为析出铜的质量,根据串联电池中转移电子数相等得氧气和铜的关系式为:O2----2H2----2Cu,设生成铜的质量是y.
O2-------2Cu
22.4L     128g
1.12L       y
 y=6.4g;
 故答案为:6.4g.

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.

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