Question

某同学设计一个燃料电池（如图所示），目的是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．

根据要求回答相关问题：
（1）通入氢气的电极为

 

极，其电极反应式为

 

．
（2）乙装置中石墨电极的电极反应式为

 

．反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，

 

区（填“铁极”或“石墨极”）的溶液先变红．通过X的离子是

 

．电解一段时间后若要恢复原溶液的成分和浓度，应该采用

 

的办法．
（3）若在标准状况下，有224ml氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为

 

；丙装置中阴极析出产物的质量为

 

．如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：（1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极上失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）石墨电极为阳极，石墨上氯离子失电子；Fe为阴极，阴极上氢离子放电，同时电极附近有氢氧根离子生成，溶液呈碱性；X为阳离子交换膜，钠离子和氢离子可以通过；电解后要恢复原溶液则要加入HCl；
（3）根据串联电路中转移电子相等进行计算．

解答： 解：（1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：负；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（2）石墨电极为阳极，阳极的电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；铁电极作阴极，阴极上氢离子放电，同时电极附近有氢氧根离子生成，溶液呈碱性，无色酚酞试液在铁极附近变红色；X为阳离子交换膜，钠离子和氢离子可以通过；电解时从溶液中析出氢气和氯气，则电解后要恢复原溶液则要加入适量的HCl；
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；铁极；Na⁺、H⁺；通适量HCl；
（3）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，根据转移电子守恒得
则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为=

0.224L

22.4L/mol

×4×

1

2

×N_A=1.204×10²²，丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质，
析出铜的质量═

0.224L

22.4L/mol

×4×

1

2

×64g/mol=1.28g；电解精炼时，两极上转移的电子数相同，如果粗铜中含有锌、银等杂质，则析出的Cu的物质的量大于溶解的铜，则丙装置中反应一段时间后硫酸铜溶液浓度将减小；
故答案为：1.204×10²²；1.28 g；减小．

点评：本题考查了原电池和电解池知识，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合串联电路的特点解答该题，题目难度中等．