题目内容
如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，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为
（2）石墨电极（C）的电极反应式为
（3）若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为
（4）丙中两根铜丝电极的质量均为64g，电解质为500mL 0.1mol?L-1H2SO4溶液．电解一段时间后，a端收集到1.12L气体（标准状况下），取出电极，对电极进行干燥并称重，测得b电极的质量减少6.4g．求此时所得溶液的物质的量浓度．
考点：原电池和电解池的工作原理
专题：电化学专题
分析：（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，所以乙装置中铁是阴极，阴极上氢离子得电子发生还有反应；
③根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积；
（2）根据电解池的工作原理结合电极反应式以及c=
进行计算即可．
②甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中铁是阴极，阴极上氢离子得电子发生还有反应；
③根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积；
（2）根据电解池的工作原理结合电极反应式以及c=
| n |
| V |
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O2+4e-+2H2O═4OH-，
故答案为：O2+4e-+2H2O═4OH-；
②乙装置中铁是阴极，石墨电极（C）是阳极，它的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；
③串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=
=0.1mol，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；
2H++2e-=H2↑
2mol 22.4L
0.4mol xL
解得：x=4.48，故答案为：4.48；
（2）电解质为500mL 0.1mol?L-1H2SO4溶液，含有氢离子的物质的量是0.1mol，根据通氧气的电极是正极，所以b是阳极，铜丝a是阴极，在a电极上发生电极反应：2H++2e=H2↑，产生0.05mol氢气转移电子是0.1mol，氢离子消耗完毕，在阳极上：Cu-2e-=Cu2+，减少金属铜6.4g即0.1mol，转移电子是0.2mol，所以在阴极上还会发生反应：Cu2++2e=Cu，再转移0.1mol电子，消耗铜离子0.05mol，所以溶液中铜离子的物质的量是0.1mol-0.05mol=0.05mol，
所得硫酸铜溶液的物质的量浓度=
=0.1mol/L，故答案为：0.1mol/L．
故答案为：O2+4e-+2H2O═4OH-；
②乙装置中铁是阴极，石墨电极（C）是阳极，它的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；
③串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=
| 2.24L |
| 22.4L/mol |
2H++2e-=H2↑
2mol 22.4L
0.4mol xL
解得：x=4.48，故答案为：4.48；
（2）电解质为500mL 0.1mol?L-1H2SO4溶液，含有氢离子的物质的量是0.1mol，根据通氧气的电极是正极，所以b是阳极，铜丝a是阴极，在a电极上发生电极反应：2H++2e=H2↑，产生0.05mol氢气转移电子是0.1mol，氢离子消耗完毕，在阳极上：Cu-2e-=Cu2+，减少金属铜6.4g即0.1mol，转移电子是0.2mol，所以在阴极上还会发生反应：Cu2++2e=Cu，再转移0.1mol电子，消耗铜离子0.05mol，所以溶液中铜离子的物质的量是0.1mol-0.05mol=0.05mol，
所得硫酸铜溶液的物质的量浓度=
| 0.05mol |
| 0.5L |
点评：本题考查了原电池电极反应式书写、燃料电池电极反应式书写、电解池电极反应式书写，题目难度中等．
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