Question

电化学原理在化学工业中有广泛的应用．请根据如图回答问题：
（1）装置Ⅰ中的X电极的名称是

 

，Y电极的电极反应式为

 

，工作一段时间后，电解液的PH将

 

（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）若装置Ⅱ中a、b均为Pt电极，W为饱和食盐水（滴有几滴酚酞），实验开始后，观察到b电极周围溶液变红色，其原因是（用电极反应式表示）

 

，a电极上有气泡产生，该气体的电子式为

 

，检验该气体的操作是

 

．
（3）若利用装置Ⅱ进行铜的精炼，则a电极的材料为

 

，工作一段时间后装置Ⅱ电解液中c（Cu²⁺）将

 

（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（4）若装置Ⅱ中a为Ag棒，b为铜棒，W为AgNO₃溶液，工作一段时间后发现铜棒增重2.16g，则流经电路的电子的物质的量为

 

，若能量转化率为80%，则消耗甲烷

 

mL（标况下）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）装置Ⅰ为甲烷燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，生成二氧化碳能够与KOH反应，导致溶液pH减小，氧气在正极发生还原反应，生成氢氧根离子；
（2）根据图知，Y是正极，b是阳极，用惰性电极电解饱和食盐水时，阴极上氢离子放电生成氢气，同时生成了氢氧根离子，溶液滴有酚酞的溶液显示红色；阳极上氯离子失去电子生成氯气，氯气具有强氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘遇淀粉试液变蓝色；
（3）铜的电解精炼中，粗铜接阳极，因为阳极上有比铜活泼的金属放电，导致铜离子浓度减小；
（4）装置为电镀装置，铜棒增重2.16g，为Ag的质量，据此计算电子转移；据电子守恒计算消耗甲烷气体的体积．

解答： 解：（1）装置Ⅰ为甲烷燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，生成二氧化碳能够与KOH反应，导致溶液pH减小，在碱性环境中，氧气在正极发生还原反应，生成氢氧根离子，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：负极；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；减小；
（2）电解饱和食盐水得到氢气、氯气和氢氧化钠，其离子方程式为：2Cl^-+2H₂O

通电  .

H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，b是阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，同时电极附近生成氢氧化钠，所以溶液碱性增强，酚酞试液遇碱变红色，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，氯气的电子式为，氯气具有强氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘遇淀粉试液变蓝色，所以可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验生成气体，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；；将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近a管口，若变蓝，说明生成了氯气；
（3）电镀法精炼铜时，粗铜为阳极，精铜为阴极，所以阳极材料是粗铜；阳极上失电子变成离子进入溶液，因作阳极的粗铜中的铜和比铜活泼的金属都失去电子进入溶液，阴极溶液中Cu²⁺得到电子沉积在阴极上，所以，为阳极a电极连接粗铜，电解一段时间后，溶液中铜离子浓度在减小，
故答案为：粗铜；减小；
（4）生成n（Ag）=

2.16g

108g/mol

=0.02mol，转移电子0.02mol；据电极反应式CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O可知，转移0.02mol电子消耗甲烷

22.4L×0.02mol

8mol

=0.056L=56mL，故答案为：0.02mol；56．

点评：本题考查了燃料电池和电解池的相关知识，转移电子守恒的应用，题目难度中等．