Question

3．根据下列原电池的装置图，回答问题：

（1）若C为稀H₂SO₄溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑；反应进行一段时间后溶液C的pH将升高（填“升高”“降低”或“基本不变”）．
（2）若需将反应：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺设计成如图1所示的原电池装置，则：负极A极材料为Cu，正极B极材料为石墨（或比铜活泼性弱的金属），溶液C为FeCl₃溶液．
（3）用CH₄和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图2如图：
①则d电极是正（填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺．
②若线路中转移2mol电子，则上述燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为11.2L．

Answer 1

分析 （1）铁作负极，原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，正极反应是氢离子得电子生成氢气，负极上是金属铁失电子，据此回答；
（2）根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作负极，B极材料是比Cu不活泼的导电物质，溶液C中含有Fe³⁺；
（3）①原电池中电子从负极经外电路流向正极，负极反应氧化反应，结合电解质书写电极反应式；
②根据关系式O₂～4e^-来计算．

解答 解：（1）铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；升高；
（2）Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺设计成如上图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可．溶液C中含有Fe³⁺，如FeCl₃溶液，
故答案为：Cu； 石墨（或比铜活泼性弱的金属）；FeCl₃溶液；
（3）①因c是电子流出的一极，则c为负极，d为正极，甲烷具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，
故答案为：正；CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
②原电池中正极电极反应为2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，当转移2mol电子时，则生成氧气物质的量为0.5mol，体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
故答案为：11.2．

点评 本题考查对原电池反应原理的应用、电极的判断、电解质溶液的选择、电极反应式的书写等知识，属于综合知识的考查，难度中等．