Question

(14分)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题，其中乙装置中X为阳离子交换膜，丙中滴有少量的酚酞试液。

请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极电极反应式是：                                。

（2）石墨电极(C)的电极反应式为______________________________。

（3）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体积为___ L。

（4）铜丝a处在开始一段时间的现象为______________；原因是________________________________________________________________________。

（5）丙中以CuSO₄溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极， 发生氧化反应

c．溶液中Cu^2＋向阳极移动

d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（6）利用反应2Cu＋O₂＋2H₂SO₄===2CuSO₄＋2H₂O可制备CuSO₄，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为____________________________。

Answer

（14分）每个空2分

（1）CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑ （3）4.48

（4）溶液变红 由于2H＋＋2e－= H2↑，水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红（5）bd

（6）4H＋＋O2＋4e－===2H2O

【解析】

试题分析：燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极。

（1）燃料电池中，负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑。

（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=2.24L÷22.4L/mol×4＝0.4mol，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg，

2H++2e- =H2↑

2mol 22.4L

0.4mol xL

解得 x=4.48。

（4）铜丝a连接燃料电池的负极，为阴极，发生的电极反应为：2H＋＋2e－= H2↑，所以水的电离平衡正向移动，使溶液显碱性，酚酞遇碱变红。

（5）CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼。a．电能只有部分转化为化学能，还有热能等能量的转化，故a错误；b．电解时，粗铜接电源正极，作阳极，该极上发生氧化反应，故b正确；c．电解池中的阳离子移向阴极，即溶液中Cu2+向阴极移动，故c错误；d．不参与电极反应的Ag、Pt、Au等金属可以形成阳极泥，故从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属，故d正确。

（6）原电池正极发生的是化合价降低得电子的反应，根据方程式可知是O2得电子，由于H2SO4存在，所以发生的O2酸性条件下的电极反应：4H++O2+4e-═2H2O。

考点：本题考查电解原理与原电池原理及应用。