Question

某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流表的指针发生了偏转。

请回答下列问题：

(1)甲池为_______(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH₃OH电极的电极反应式为_______。

(2)乙池中A(石墨)电极的名称为_____(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为______。

(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O₂的体积为___mL(标准状况下)，丙池中___极(填C或D)析出___g铜。

(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将______(填“增大”“减小”或“不变”)。

(5)一种以肼(N₂H₄)为液体燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂，KOH作电解质。负极反应式为_____；正极反应式为_______。

Answer

原电池 CH3OH－6e-＋8OH-=CO32-＋6H2O 阳极 4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 280 D 1.60 减小 增大 N2H4－4e-＋4OH-=N2↑＋4H2O O2＋4e-＋2H2O=4OH-

【解析】

由图示可知甲池为甲醇燃料电池，燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则通入甲醇的一极为负极，燃料在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成碳酸盐，电极反应为：CH3OH+8OH－-6e－＝CO32－+6H2O，通入氧气的一极为正极，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-；乙、丙二池为电解池，电解池中与电源正极相连的一极为阳极，与电源负极相连的一极为阴极，则A、C为两个电解池的阳极，B、D为两个电解池的阴极，乙池中电解质溶液为AgNO3，根据放电顺序，阳极A的电极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极B的电极反应为Ag++e-=Ag；丙池中电解质溶液为CuCl2，根据放电顺序，阳极C的电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极D的电极反应为Cu2++2e-=Cu，据此分析解答(1)~ (4)；

(5)燃料电池中，通入燃料的电极通常为负极，通入氧气的一极为正极，结合图示分析书写电极反应。

(1)根据分析，甲池为原电池，通入CH3OH电极的电极反应式为CH3OH+8OH－-6e－＝CO32－+6H2O；

(2)根据分析，乙池为电解池，A(石墨)电极的名称为阳极，阳极A的电极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极B的电极反应为Ag++e-=Ag，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3；

(3)根据分析，乙池中阴极B的电极反应为Ag++e-=Ag，B极质量增加5.40 g时，即生成Ag单质的质量为5.40g，其物质的量==0.05mol，甲池中正极电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据电子守恒计算4Ag~O2~4e－，甲池中理论上消耗O2的体积=mol×22.4L/mol =0.28L=280mL；丙为电解池，C为阳极，D为阴极，阴极D的电极反应为Cu2++2e-=Cu，结合电子守恒计算2Ag~Cu~2e－，析出铜质量=×64g/mol =1.60g；

(4)甲中发生的反应为甲醇与氧气、氢氧化钾的反应，反应消耗氢氧根离子，则pH减小，丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，则丙中电解NaCl溶液生成氢氧化钠，所以溶液pH增大；

(5)燃料电池中，通入燃料的电极通常为负极，通入氧气的一极为正极，则通入液体燃料肼(N2H4)的一极为负极，负极发生氧化反应，由图可知负极上有N2生成，电极反应式为：N2H4－4e-＋4OH-=N2↑＋4H2O；通入氧气的一极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为：O2＋4e-＋2H2O=4OH-。