Question

Ⅰ、寫出甲烷燃料電池在酸性溶液中的電極反應(yīng)和總電池反應(yīng)：
正極：

2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O

負(fù)極：

CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺

總反應(yīng)：

CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O

Ⅱ、如圖所示，A、F為石墨電極，B、E為鐵片電極．
按要求回答下列問題．
（1）打開K₂，合并K₁．
①B為

負(fù)

極，A極的電極反應(yīng)為：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

②最終可觀察到的現(xiàn)象是：

溶液中有紅褐色沉淀生成

③涉及的兩個主要的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃

（2）打開K₁，合并K₂．
①E為

陰

極，F(xiàn)極的電極反應(yīng)為：

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

②檢驗(yàn)F極產(chǎn)生氣體的方法是：

用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)，證明是氯氣

（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）（2）操作時，A、B、E、F電極周圍能變紅的是

A、E

，原因是：（在下表中填寫，可不填滿）

周圍變紅的電極代號（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，產(chǎn)生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反應(yīng)，促進(jìn)了水的電離，溶液中c（OH-）＞c（H+）
無	無
無	無

Answer 1

分析：Ⅰ、燃料電池中負(fù)極上燃料失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，據(jù)此寫出正負(fù)極上電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式．
Ⅱ、（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負(fù)極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，鐵發(fā)生吸氧腐蝕；負(fù)極上鐵失電子生成亞鐵離子，正極上生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子 反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，據(jù)此判斷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并寫出反應(yīng)方程式．
（2）該裝置是電解池，F(xiàn)是陽極，E是陰極，陽極上氯離子放電，陰極上氯離子放電，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式；檢驗(yàn)氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍(lán)就是氯氣，否則不是．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）（2）操作時，電極周圍能變紅說明產(chǎn)生氫氧根離子，據(jù)此分析．

解答：解：Ⅰ、該燃料電池中，正極上投放的是氧化劑，原電池放電時正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；
負(fù)極上投放的是燃料，甲烷失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；
所以電池反應(yīng)式為：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
故答案為：正極：2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O；負(fù)極：CH₄+2H₄O-8e^-=CO₂+8H⁺；總反應(yīng)：CH₄+2O₄=CO₂+2H₂O．
Ⅱ、（1）①該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負(fù)極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：負(fù)；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②該原電池放電時，負(fù)極上鐵失電子生成亞鐵離子，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，所以溶液中有紅褐色沉淀生成．
故答案為：溶液中有紅褐色沉淀生成．
③發(fā)生的反應(yīng)方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
故答案為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（2）①該裝置是電解池，E是陰極，F(xiàn)是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
故答案為：陰； 2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
②陽極上生成氯氣，檢驗(yàn)氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，如果用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)，證明是氯氣．
故答案為：用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)，證明是氯氣．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）操作時，該裝置是原電池，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，導(dǎo)致A附近溶液呈堿性，所以酚酞試液變紅．
若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（2）操作時，陰極上氫離子放電導(dǎo)致溶液中氫氧根濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性，加入酚酞試液會變紅．
故答案為：A、E

周圍變紅的電極代號（填字母）	原因
A	O2+2H2O+4e-=4OH-，產(chǎn)生OH-
E	2H++2e-=H2↑ H+反應(yīng)，促進(jìn)了水的電離，溶液中c（OH-）＞c（H+）

點(diǎn)評：本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發(fā)生反應(yīng)的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)．