Question

如圖所示，某同學設計一個甲醚（CH₃OCH₃）燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜．

根據要求回答相關問題：
（1）通入氧氣的電極為______（填“正極”或“負極”），寫出負極的電極反應式______．
（2）鐵電極為______（填“陽極”或“陰極”），石墨電極（C）的電極反應式為______．
（3）反應一段時間后，乙裝置中生成氫氧化鈉主要在______（填“鐵極”或“石墨極”）區，簡述理由是______．
（4）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置中陽極上電極反應式為______，反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將______（填“增大”“減小”或“不變”）．
（5）若在標準狀況下，有2.24L氧氣參加反應，則乙裝置中鐵電極上生成的氣體的分子數為______；丙裝置中陰極析出銅的質量為______．

Answer 1

（1）燃料電池是將化學能轉變為電能的裝置，屬于原電池，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，所以通入氧氣的電極是正極，負極上甲醚失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：正極；CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（2）乙池有外接電源屬于電解池，鐵電極連接原電池的負極，所以是陰極，則石墨電極是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
故答案為：陰極；2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）乙池中陰極是鐵，陽極是碳，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電，導致陰極附近氫氧根離子濃度大于氫離子濃度溶液呈堿性，所以乙裝置中生成氫氧化鈉主要在鐵極區，
故答案為：鐵極；石墨為陽極，氯離子發生氧化反應，鐵為陰極，H⁺反應，生成OH^-，由于陽離子交換膜只允許鈉離子向陰極區移動，故氫氧化鈉主要在陰極區生成；
（4）如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上不僅銅還有鋅、銀失電子進入溶液，陰極上析出銅離子，陽極電極方程式分別為Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，根據轉移電子數相等知，陽極上溶解的銅小于陰極上析出的銅，所以丙裝置中反應一段時間，硫酸銅溶液濃度將減小，
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺；減小；
（5）根據串聯電池中轉移電子數相等得氧氣、氫氣和銅的關系式為：O₂----2H₂----2Cu，設生成氫氣的分子數是x，生成銅的質量是y．
O₂-------2H₂-------2Cu
22.4L 2×6.02×10²³ 128g
2.24L x y
x=0.2×6.02×10²³；　
y=12.8g，
故答案為：0.2×6.02×10²³；12.8 g．