Question

某同学设计一个燃料电池（如图所示），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，____（填“铁极”或“石墨极”）区的溶液先变红。

（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）写出上述例题中乙池电解的总反应方程式：_________________________。

（5）若上述例题甲池中消耗标准状况下的氢气11.2 L，则丙池中理论上应析出铜的质量为____。

Answer

负极 H2-2e－+2OH－=2H2O 阳极 铁极 减小 Cu2＋+2e－=Cu 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 32g

【解析】

(1)装置甲为氢氧燃料电池，通入氢气的电极为负极，负极的电极反应式氢气发生氧化的方程式；

(2)在乙装置中，铁电极与电源的负极相连，据此判断石墨电极为阳极，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液先变红的是生成氢氧根离子的一极；

(3)丙装置是电解精炼铜，按该反应原理判断硫酸铜溶液浓度变化并书写精铜电极上的电极反应式；

(4)上述乙池即为电解饱和食盐水装置，据此写电解的总反应方程式；

(5)按电子数守恒，找出甲池中氢气和丙池中铜的关系式，结合数据计算质量；

(1)装置甲为氢氧燃料电池，通入氢气的电极为负极，氢气在负极被氧化，在碱性环境下发生反应生成水，其反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O；

(2) 在乙装置中，铁电极与电源的负极相连作阴极，则石墨电极为阳极，该装置反应为电解饱和食盐水，阳极为氯离子被氧化，阴极反应为2H2O +2e－= H2＋2OH－，故反应一段时间后，滴入酚酞溶液后铁电极负极溶液先变红；

(3)丙装置是电解精炼铜，粗铜作阳极，阳极上粗铜中比铜活泼的杂质如锌、铜会被氧化，硫酸铜溶液中铜离子得到电子被还原，阴极得到电子数和阳极上失去电子数相同，故析出的铜比溶解的铜少，则铜离子浓度减小；精铜作阴极，则其电极反应式Cu2＋＋2e－=Cu；

(4)上述乙池即为电解饱和食盐水装置，则电解的总反应方程式为2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；

(5)按电子数守恒，找出甲池中氢气和丙池中铜的关系式为

，

则m=32g。