题目内容

如图所示,某同学设计一个燃料电池并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)通入氧气的电极为
正极
正极
(填“正极”或“负极”),负极的电极反应式为
H2-2e-+2OH-=2H2O
H2-2e-+2OH-=2H2O
.
(2)铁电极为
阴极
阴极
(填“阳极”或“阴极”),石墨电极(C)的电极反应式为]
2Cl--2e-=Cl2↑
2Cl--2e-=Cl2↑
.
(3)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
减小
减小
(填“增大”“减小”或“不变”).
(4)若在标准状况下,有2.24L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
1.204×1023
1.204×1023
;丙装置中阴极析出铜的质量为
12.8g
12.8g
.
(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换,其他装置不变,此时乙装置中发生的总反应式为
Fe+2H2O
 电解 
.
 
Fe(OH)2↓+H2↑
Fe+2H2O
 电解 
.
 
Fe(OH)2↓+H2↑
.
分析:(1)燃料电池中通入氧化剂的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,负极上燃料失电子发生氧化反应;
(2)铁电极作阴极,碳作阳极,电解氯化钠饱和溶液时,阳极上氯离子放电;
(3)丙装置中,阳极上金属失电子发生氧化反应,阴极上铜离子得电子生成铜,根据转移电子守恒判断;
(4)根据转移电子守恒进行计算;
(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换,其他装置不变,则阳极上铁失电子发生氧化反应,阴极上氢离子放电生成氢气.
解答:解:(1)燃料电池中通入氧化剂氧气的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,负极上燃料失电子和氢氧根离子发生氧化反应生成水,
电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O,
故答案为:正极;H2-2e-+2OH-=2H2O;
(2)铁电极连接原电池负极而作电解池阴极,碳作阳极,电解氯化钠饱和溶液时,阳极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案为:阴极;2Cl--2e-=Cl2↑;
(3)丙装置中,阳极上金属失电子发生氧化反应,阴极上铜离子得电子生成铜,根据转移电子守恒,阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量,所以溶液中硫酸铜浓度减小,
故答案为:减小;
(4)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=
2.24L
22.4L/mol
×4
2
×NA
=1.204×1023,丙装置中阴极上铜离子得电子生成铜单质,
析出铜的质量=
2.24L
22.4L/mol
×4
2
×64g/mol
=12.8g,
 故答案为:1.204×1023;12.8g;
(5)若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换,其他装置不变,则阳极上铁失电子发生氧化反应,阴极上氢离子放电生成氢气,
所以电池反应式为Fe+2H2O
 电解 
.
 
Fe(OH)2↓+H2↑,
故答案为:Fe+2H2O
 电解 
.
 
Fe(OH)2↓+H2↑.
点评:本题考查了原电池和电解池原理,明确离子放电顺序是解本题关键,注意如果电解池阳极是活泼金属,则阳极上金属失电子而不是溶液中阴离子失电子,为易错点.
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