Question

用上如图模拟工业上电解精炼锡．装置如图所示（C、D电极为石墨电极）：
①C极反应式为

 

．
②B极材料为

 

，A极发生反应的电极反应式为

 

．
③当得到11.90g纯锡时，电解质溶液质量减轻0.54g，则溶解的锡样品（含有少量Zn和Cu，Sn的质量分数为87.1%）质量为

 

g．此时参加反应的甲烷体积为

 

L（标准状况下）．

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：右边装置是燃料电池，属于原电池，通入甲烷的电极C是负极、通入空气的电极D是正极，负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O、正极反应式为2H₂O+4e^-+O₂=4OH^-，左边装置是电解池，A是阳极、B是阴极，A极材料是粗锡、B极材料是纯锡，A电极反应式为Sn-2e^-=Sn²⁺、B极反应式为Sn²⁺+2e^-=Sn，
（1）C是负极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
（2）B极材料是纯锡，A是阳极，阳极上锡失电子发生氧化反应；
（3）电解精炼锡，b与正极相连，为阳极，Sn、Zn失去电子；阴极上析出Sn，电解质溶液质量减轻0.54g，即为Sn与Zn的质量差；串联电路中转移电子相等，据此计算甲烷体积．

解答： 解：右边装置是燃料电池，属于原电池，通入甲烷的电极C是负极、通入空气的电极D是正极，负极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O、正极反应式为2H₂O+4e^-+O₂=4OH^-，左边装置是电解池，A是阳极、B是阴极，A极材料是粗锡、B极材料是纯锡，A电极反应式为Sn-2e^-=Sn²⁺、B极反应式为Sn²⁺+2e^-=Sn，
（1）C是负极，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O；
（2）B极材料是纯锡，A是阳极，阳极上锡、锌失电子发生氧化反应，电极反应式为Sn-2e-=Sn2+、Zn-2e-=Zn2+，故答案为：；纯锡；Sn-2e-=Sn2+、Zn-2e-=Zn2+；
（3）电解精炼Sn时，用粗Sn作阳极，精Sn作阴极．含Sn2+离子的溶液作电解质溶液．所以b极为阳极．阳极电极反应式Sn-2e-=Sn2+；Zn-2e-=Zn2+．阴极电极反应式为：Sn2++2e-=Sn．即相当于一部分的Sn是Zn发生置换反应Zn+Sn2+=Zn2++Sn．阳极每有65gZn反应，阴极生成Sn119g，溶液减轻54g．现在溶液减轻0.54g，则发生反应的Zn为0.01mol，其质量为0.65g，由该Zn置换出来的Sn为0.01mol．其质量为1.19g．所以参加反应的锡质量为11.90-1.19=10.71g，因为Sn的含量为87.1%，所以Sn合金的质量为10.71g÷87.1%=12.3g；
n（Sn）=

11.90g

119g/mol

=0.10mol，生成锡时转移电子物质的量为0.20mol，甲烷的电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-═CO₂^3-+7H₂O，串联电路中转移电子相等，所以甲烷体积=

0.20mol

8

×22.4L/mol=0.56L，
故答案为：12.3；0.56．

点评：本题考查原电池原理、方程式的计算，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，易错点是（3）中溶解锡合金的质量，注意溶解锡的质量不等于析出锡和溶液质量减少量的和，为易错点．