Question

Ⅰ．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎．請回答鋼鐵腐蝕、防護過程中的有關問題．
請寫出鋼鐵在堿性、潮濕的環(huán)境下發(fā)生電化學腐蝕正極的電極反應式：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

下列哪個裝置示意圖可防止鐵棒被腐蝕

BD

．
Ⅱ．某同學利用CuSO₄溶液，進行以下實驗探究．
①圖1是根據反應Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄設計成的鋅銅原電池．Cu極的電極反應式是

Cu ²⁺+2e-═Cu

，鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時K⁺向

乙

移動（填“甲”或“乙”）．
②圖2中，Ⅰ是甲烷燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）的結構示意圖，該同學想在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則b處通入的是

O₂

（填“CH₄”或“O₂”），a處電極上發(fā)生的電極反應式是

CH₄-8e-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O

；當銅電極的質量變化3.2g，則消耗的CH₄在標準狀況下的體積為

0.28

L．

Answer 1

分析：I．鋼鐵在堿性條件下發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；金屬作原電池正極或電解池陰極都能被保護；
II．①該原電池中銅作正極，正極上銅離子得電子發(fā)生還原反應，原電池放電時陽離子向正極移動；
②在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則銅作陽極，鐵作陰極，連接陽極的是原電池正極，正極上得電子發(fā)生還原反應，負極上失電子發(fā)生氧化反應，根據轉移電子數相等計算甲烷的體積．

解答：解：I．鋼鐵在堿性、潮濕的環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕，負極上鐵失電子，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，金屬鐵作原電池正極或電解池陰極都被保護而防止被腐蝕，A裝置中鐵作原電池負極加快鐵腐蝕，B裝置中鐵作原電池正極被保護，在C裝置中，金屬鐵和水以及少量的氧氣接觸，也會被腐蝕，D裝置中鐵作電解池陰極被保護，故選BD；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；BD；
II．①根據反應Zn+CuSO₄═Cu+ZnSO₄，結合圖一可知，Zn為負極，Cu為正極，銅離子在Cu電極上得電子析出Cu，電極反應式為Cu²⁺+2e^-═Cu，
鹽橋中是含有瓊膠的KCl飽和溶液，電池工作時，Cl^-向負極移動，K⁺向正極移動，所以，K⁺向乙裝置移動，
故答案為：Cu²⁺+2e^-═Cu；乙；
②甲烷堿性燃料電池為電源，總電極反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，電鍍時，鍍件鐵作電解池的陰極，連接甲烷燃料電源的負極，所以a應通入CH₄，鍍層金屬作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應，連接甲烷燃料電源的正極，所以b應通入O₂．甲烷堿性燃料電池a處電極上CH₄放電，發(fā)生氧化反應，電極反應式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
根據電子轉移守恒8n（CH₄）=2n（Cu）=2×

3.2g

64g/mol

=0.1mol，
n（CH₄）=

1

80

mol，所以v（CH₄）=

1

80

mol×22.4L/mol=0.28L，
故答案為：O₂；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；0.28．

點評：本題以金屬的腐蝕與防護為載體考查了原電池和電解池原理，燃料電池電極反應式的書寫是學習的難點，要注意結合電解質溶液的酸堿性寫電極反應式．