Question

(14分)如下图所示，某同学设计一个甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：

（1）通入氧气的电极为________(填“正极”或“负极”)，写出负极的电极反应式_______________________________。

（2）铁电极为________(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为________________________________________。

（3）反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在________(填“铁极”或“石墨极”)区。

（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中阳极上电极反应式为______  ___                            __，反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

（5）若在标准状况下，有2．24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的标况下的体积为____   ____；丙装置中阴极析出铜的质量为____  ___    _。

Answer

（共14分） （1）正极（1分） CH3OCH3－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O （2分）

（2）阴极（1分） 2Cl－－2e－===Cl2↑（2分） （3）铁极（1分）

（4）Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋ （2分）减小（1分）

（5）4．48L（2分） 12．8 g（2分）

【解析】

试题分析：（1）燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上甲醚失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH3OCH3-12e-+16OH-═2CO32-+11H2O，（2）乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为：2Cl--2e-═Cl2↑，（3）乙池中阴极是铁，阳极是碳，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电，导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜离子，阳极电极方程式分别为Zn-2e-=Zn2+、Cu-2e-=Cu2+，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，（5）根据串联电池中转移电子数相等得氧气、氢气和铜的关系式为：O2---2H2---2Cu，设生成氢气的体积为x，生成铜的质量是y，则O2-------2H2-------2Cu

22．4L 44．8 128g

2．24L x y

解得x=4．48L , y=12．8g。

考点：考查燃料电池、电解池的工作原理及相关计算。