Question

【題目】如圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業原理和粗銅(含有少量鋅、金、銀等雜質)的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。回答下列問題：

(1)甲烷燃料電池負極的電極反應式為_____________________。

(2)乙裝置中陽離子通過X膜向________ 極(填“Fe”或“C”)移動，寫出乙裝置中的石墨電極上的電極方程式____________________________________。

(3)若在標況下，有2.24L氧氣參與反應，則乙裝置中右側溶液________(填“增加”或“減少”)______g，丙裝置中CuSO4濃度__________(填“增加”、“減少” 或“不變”)；若將乙裝置兩側溶液混合，常溫下加水稀釋至體積為4 L，則此時溶液液的pH=____。

Answer 1

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O Fe 2Cl--2e-=Cl2↑ 減小 23.4 減小 13

【解析】

應用原電池原理、電解池原理分析解答。根據離子方程式的書寫要求書寫電極反應式并配平。

甲池兩電極通入氧氣和甲烷，為燃料電池；乙、丙為串聯電解池，乙池為電解飽和食鹽水，丙池為電解精煉銅。一定時間內通過6個電極的電子的物質的量相等，這是計算的依據。

(1)堿性甲烷燃料電池中，正極氧氣得電子，電極反應為O2+4e-+2H2O=4OH-，負極甲烷失電子，電極反應為CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O。或用電池總反應（CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O）減去正極反應得負極反應。

(2)乙裝置中，Fe為陰極，電極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-；C為陽極，電極反應為2Cl--2e-=Cl2↑；電解質溶液中陽離子通過X膜向陰極（Fe）移動。

(3)甲裝置消耗標況下2.24L氧氣，則6個電極轉移電子均為n(e-)=(2.24L/22.4L·L-1)×4=0.4mol。乙裝置中右側溶液中，消耗0.4molCl-，移出0.4molNa+，溶液減少0.4mol×58.5g/mol=23.4g。丙裝置電解精煉銅，電極A為陰極（純銅），電極反應只有Cu2++2e-=Cu；電極B為陽極（粗銅），比銅活潑的雜質先失電子，然后銅失電子，不活潑雜質和惰性雜質掉陽極下面形成陽極泥，可見CuSO4濃度會減小。據乙裝置Fe電極反應，膜X左側生成0.4molOH－，混合稀釋液中c(OH-)=0.1mol·L-1，pH=13。