Question

【題目】如圖，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業的原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中的X為陽離子交換膜。請按要求回答相關問題：

(1)甲烷燃料電池的負極反應為__________________________。

(2)石墨(C)極的電極反應為______________________________。

(3)若在標準狀況下，有2.24 L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體的體積為________L。

(4)某同學利用甲烷燃料電池設計電解法制取漂白液的實驗裝置(如圖)。若用于制漂白液，a為電池的______極，電解質溶液最好用______________。

Answer 1

【答案】CH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4.48 負 飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水)

【解析】

通常，燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極。

（1）該燃料電池中，通入甲烷的電極是負極，發生氧化反應，電極反應式為：CH4－8e－＋10OH－==CO32-＋7H2O，注意堿性介質，用OH-配電荷守恒。所以，本題正確答案是：CH4－8e－＋10OH－==CO32-＋7H2O；（2）乙裝置是一個電解池，其中石墨電極連接左側燃料電池的正極，作陽極，氯離子失電子，發生氧化反應，電極反應式為：2Cl－－2e－===Cl2↑。因此，本題的正確答案是：2Cl－－2e－==Cl2↑；（3）據得失電子守恒，左側燃料電池中得失電子數等于乙裝置中得失電子數。若在標準狀況下有2.24L氧氣參加反應，則轉移電子的物質的量為0.4mol。乙裝置中鐵電極是陰極，得到0.4mol電子，生成0.2mol H2，H2在標準狀況下的體積為4.48L。本題正確答案是4.48；（4）漂白液的有效成分是次氯酸鈉，其制備原理是：先用惰性電極電解飽和食鹽水制得氯氣、氫氧化鈉和氫氣，再將氯氣與產生的NaOH溶液反應：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，從裝置設計角度來看，氣體與液體反應，氣體如在下端產生，能更充分地與溶液接觸、反應，所以該裝置的B端與電源的正極相連作陽極，A端與電源負極相連作陰極，電解質溶液選用飽和食鹽水。本題答案為：負 飽和氯化鈉溶液(或飽和食鹽水)。