Question

某化学兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，试回答下列问题：

（1）通O₂的Pt电极为电池        极（填电极名称）；其电极方程式为                   。

（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为        ；电解质溶液为          。

（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则该电池阳极泥的主要成分是            。

（4）若B电池的电解质溶液为500 mL 1.0 mol/L的NaCl溶液，X、Y皆为惰性电极，当电池工作一段时间  断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变），此时B电池溶液的pH=     ；要使该溶液恢复到原来的状态，需加入（填物质并注明物质的量）           。

（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu₂O，试写出该电极发生的电极反应式为                 。

Answer

（1）正；（ 1分） O2＋4e－＋2H2O=4OH－ （ 2分）

（2）Ag（ 1分）； AgNO3溶液（1分）

（3）Ag、Au （ 2分）

（4）13（ 1分）； 0.05mol HCl （ 2分）

（5）2Cu＋2OH－－2e－＝Cu2O＋H2O（ 2分）

【解析】

试题分析：（1）在如图所示的装置中，A装置是原电池，B装置是电解池。其中对于A装置来说，通入O2的电极为正极，正极发生还原反应，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－；通入H2的电极为负极，负极发生氧化反应，负极的电极反应式是H2-2e-=2H+。（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，应该镀件与电源的负极连接，作阴极，镀层金属与电源的正极连接作阳极。因此X电极材料为镀层金属Ag；电解质溶液为含有Ag+的溶液，如AgNO3溶液。（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，电解精炼铜时，阳极发生反应：Cu-2e-=Cu2+，活动性比铜强的金属Zn、Fe也失去电子，发生氧化反应，变为金属阳离子进入溶液，活动性比铜弱的金属以固体形式沉在阳极底部，俗称阳极泥。因此该电池阳极泥的主要成分是Ag、Au；（4）Y是阳极，发生反应：2Cl--2e-=Cl2↑，n(Cl2)=0.56L÷22.4L/mol=0.025mol,根据电解总反应方程式：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH可知：每反应产生1mol氯气，会同时反应产生2molMaOH，由于n(Cl2)=0.025mol,所以n(NaOH)=2×0.025mol=0.05mol,溶液的体积是500 mL，则c(NaOH)= 0.05mol÷0.5L=0.1mol/L，所以pH=13；在有机产生0.025molCl2,在阴极就同时反应产生0.025molH2，二者反应产生0.05molHCl气体，因此要使该溶液恢复到原来的状态，需加入0.05molHCl。（5）若X、Y均是铜，由于Cu是活性电极，所以在阳极Cu失去电子变为Cu+，再与溶液中的OH-结合发生反应。电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O，试写出该电极发生的电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－＝Cu2O＋H2O。

【考点定位】考查燃料电池、电解原理及应用的知识。

【名师点睛】本题将燃料电池、电解、电镀、金属的精炼等有机结合在一起，是一个电化学综合性题目。在燃料电池中通入燃料的电极为负极，通入空气或其他氧化剂的电极为正极。负极是燃料失去电子，发生氧化反应；正极是氧气得到电子，发生还原反应。电极反应式随电解质溶液的酸碱性的不同而不同。对于该燃料电池来说，由于是NaCl中性溶液，负极反应式是H2-2e-=2H+，正极反应式是O2＋4e－＋2H2O=4OH－。若是酸性环境，负极电极反应式是H2-2e-=2H+，正极反应式是O2＋4e－＋4H+=2H2O；若是碱性环境，负极电极反应式是H2-2e-+2OH-=2H2O，正极反应式是O2＋4e－＋2H2O=4OH－。因此要注意电解质溶液对电池的电极反应式书写的影响。当燃料电池与其它装置连接时，燃料电池其电源的作用，与氢气连接的电极为阴极，发生还原反应；与通入氧气的电极连接的电极为阳极，发生氧化反应。若阳极是活性电极，阳极是电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极，则根据溶液中阴离子的放电顺序，阴离子放电；在阴极是溶液中的阳离子获得电子发生还原反应，规律与金属活动性顺序表相反。若用于金属精炼，则不纯金属与正极连接，纯净的金属与电源的负极连接，含有该金属阳离子的溶液为电解质溶液。若用于电镀，应该是镀件与电源的负极连接，镀层金属与电源正极连接，含镀层金属阳离子的溶液为电解质溶液。在整个闭合回路中电子转移数目相等。