Question

某同学设计一个燃料电池（如下图所示），目的是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）通入氢气的电极为          （填“正极”或“负极”），负极的电极反应式为           。

（2）石墨电极为    （填“阳极”或“阴极”），反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液        区（填“铁极”或“石墨极”）的溶液先变红。

（3）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将               ，填“增大”“减 小”或“不变”）。精铜电极上的电极反应式为                 。

（4）假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将                 ，（填“增大”“减 小”或“不变”），且变化了        克。

Answer

（1）负极、H2－2e-＋2OH-=2H2O （2）阳极、 铁极

（3）减小 Cu2＋+2e－= Cu （4）增加 0.88

【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，所以通入氢气的电极是负极，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为H2－2e-＋2OH-=2H2O。

（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；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，所以在乙装置中滴入酚酞溶液，铁极区的溶液先变红。

（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液，阴极上析出铜离子，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；精铜作阴极，溶液中的铜离子得电子生成铜，则精铜电极上的电极反应式为Cu2＋+2e－= Cu。

（5）乙池中的电解总方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 转移2e－,应为X是阳离子交换膜，所以阴极生成NaOH和氢气，224mL氧气的物质的量为0.01mol，氧气得到电子0.04mol，根据串联电池中转移电子数相等，阴极生成0.04molNaOH，0.02mol氢气，所以乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增加，增加的质量为（0.04×23-0.02×2=0.88克。

【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理。

【名师点睛】本题考查原电池和电解池的工作原理。（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，负极上燃料失电子发生氧化反应，投放氧化剂的电极是正极，正极上氧化剂得电子发生还原反应；（2）电解饱和氯化钠溶液时，连接原电池负极的电极是阴极，连接原电池正极的电极是阳极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，注意如果活泼电极作阳极，则阳极上电极材料放电而不是溶液中阴离子放电；（3）电解饱和氯化钠溶液时，阴极上氢离子放电，导致氢氧根离子浓度大于氢离子浓度而使溶液呈碱性；（4）粗铜精炼时，粗铜作阳极，阳极上金属失电子，阴极上铜离子得电子，根据阴阳极上金属的变化确定溶液中铜离子是否变化；（5）串联电池中转移电子数相等，根据转移电子数相等计算。