Question

12．如图所示，某同学设计一个甲醚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）写出负极的电极反应式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．
（2）铁电极为阴（填“阳极”或“阴极”），石墨电极（C）的电极反应式为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（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，则丙装置中阴极析出铜的质量为12.8．
假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大（填“增大”、“减小”或“不变”），且变化了0.88克．
（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$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）原电池中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，投入氧气的一极为正极，负极甲醚失电子被氧化生成碳酸根离子；
（2）铁电极连接原电池的负极，为电解池的阴极，石墨为阳极，氯离子放电被氧化生成氯气；
（3）活泼性Zn＞Cu＞Ag，阳极上锌、铜被氧化；
（4）据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为：O₂----2H₂----2Cu计算；根据转移电子数相等计算乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量变化；
（5）若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，Fe作阳极失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子得电子生成氢气．

解答 解：（1）燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲醚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：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
故答案为：阴；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜离子，阳极电极方程式分别为Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，
故答案为：减小；
（4）根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为：O₂----2H₂----2Cu，设生成氢气的分子数是x，生成铜的质量是y．
O₂------2H₂ -------2Cu
22.4L                            128g
2.24L                             x
x=12.8g，
根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气的关系式为：O₂----2H₂，设生成氢气的物质的量是xmol，
O₂ -------2H₂
22.4L              2
0.224L            x
x=0.02，所以消耗0.02×2=0.04mol氢离子，则乙装置中阳离子交换膜右侧进入左侧的钠离子也为0.04mol，所以乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增大0.04×23-0.04×1=0.88g
故答案为：12.8 g；增大；0.88；
（5）若将乙装置中铁电极与石墨电极位置互换，Fe作阳极失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子得电子生成氢气，则电解总方程式为Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑；
故答案为：Fe+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ Fe（OH）₂↓+H₂↑．

点评 本题考查原电池和电解池知识，为高考常见题型，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，难度中等．