Question

2．如图1所示，某同学设计了一个燃料电池并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．请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池正极反应式是O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
（2）乙池Fe电极的电极反应式为2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-．
（3）若在标准状况下，有1.68LCH₄参加反应，则乙装置中石墨（C）极上生成的气体体积为6.72L；丙装置中阴极析出铜的质量为19.2g．
（4）某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液的实验装置（如图2所示）．则a为电池的负极，电解质溶液最好用饱和食盐水．

Answer 1

分析 燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极．
（1）燃料电池中，负极上投放燃料，负极上失电子发生氧化反应．
（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应．
（3）根据串联电池中转移电子数相等计算石墨电极产生氯气的体积、丙装置中析出铜的质量．
（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分．

解答 解：（1）燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
故答案为：O₂+2H₂O+2e^-═4OH^-．
（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，Fe电极是阴极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极上发生得电子的还原反应，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，
故答案为：2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-；
（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有1.68L即0.075molCH₄参加反应，根据：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，则转移电子的物质的量=0.075mol×8=0.6mol，乙装置中石墨电极生成氯气，设生成氯气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg．
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
     2    1
   0.6mol xL
   x=0.3mol，产生氯气的体积是0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
2Cu ²⁺+2e^-=Cu
     2mol 64g
    0.6mol yg
y=19.2g
故答案为：6.72；19.2．
（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分，B电极上生成氯气，氯气的密度小于溶液的密度，所以生成的氯气上升，能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠，所以A极上析出氢气，即A极是阴极，所以a为电池负极，用饱和氯化钠溶液或食盐水做电解质溶液，
故答案为：负极；饱和食盐水．

点评 本题考查了原电池和电解池原理及物质的量的有关计算，难点是（4）题中电解质溶液的选取及电极材料的选取，根据实验目的进行正确选取即可．