Question

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。请按要求回答相关问题：

（1）石墨电极(C)作_________极，若丙池中W为Na₂SO₄溶液并滴有酚酞，实验开始后观察到的现象是________甲中甲烷燃料电池的负极反应式为___________________________。

（2）若消耗2.24 L(标况)氧气，则乙装置中铁电极上生成的气体体积(标况)为_________ L。

（3）若丙中以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．b电极为粗铜                   B．粗铜接电源正极，发生还原反应

C．CuSO₄溶液的浓度保持不变      D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（4）假设乙装置中氯化钠溶液足够多，若在标准状况下，有224 mL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

阳 两电极均有气泡冒出，左边a电极附近溶液变红 CH4+10OH--8e-=CO+7H2O 4.48 AD 增大 0.88

【解析】

本题首先必须从燃料电池入手，分析出正、负极，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，与负极相连的为电解池的阴极，阴极发生还原反应，与正极相连的电极为阳极，阳极发生氧化反应；根据串联电池中转移电子数相等计算铁电极上生成氢气的体积；铜的精炼时，粗铜为阳极，纯铜为阴极，阳极上Cu以及活泼性比Cu强的金属失电子，阴极上铜离子得电子生成Cu；氯碱工业中的电解原理，用差量法即可求出溶液的增减。

已知在燃料电池中，投放燃料的一极是负极，所以投放甲烷的电极是负极，投放氧气等氧化剂的一极是正极，故投放氧气的是正极，与原电池正极相连的电极为阳极，故石墨电极C作为阳极，丙装置中a为阴极，b为阳极，电解硫酸钠溶液，实质上电解水，故a极发生的电极反应式为，b极发生的电极反应式为，故现象为两电极均有气泡冒出，左边a电极附近溶液变红；燃料电池的电极反应式的书写一般为：首先写出总反应式（注意生成物与电解质溶液的反应），再写出正极反应式，最后用总反应式减去正极反应式即可得到负极反应式，KOH作电解质时，甲烷燃料电池总反应为，正极反应式为：，负极反应式等于总反应减去正极反应式即可，必须减去全部氧气，故负极反应式为，故答案为：阳；两电极均有气泡冒出，左边a电极附近溶液变红；；

（2）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=×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；

x=4.48，故答案为：4.48；

（3）A．b与正极相连为阳极，b电极为粗铜，故A正确；

B．粗铜接电源正极，作阳极，阳极上发生氧化反应，故B错误；

C．阳极上Cu以及活泼性比Cu强的金属失电子，阴极上铜离子得电子生成Cu，溶解的金属与析出的金属不相等，所以CuSO4溶液的浓度会改变改变，有所减小，故C错误；

D．Ag、Pt、Au等活泼性比Cu弱的金属在阳极不反应，形成阳极泥，所以利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属，故D正确；

故答案为：AD；

（4）乙装置中左侧为阴极区，发生的反应为：，又中间又阳离子交换膜，故Na+通过阳离子交换膜进入到左侧溶液中，故左侧溶液质量将增大；若在标准状况下，有224 mL氧气参加反应，则转移电子的物质的量=×4=0.04mol，则进入左侧去的Na+的物质的量也为0.04mol，左侧区放出的H2为0.02mol，故左侧区溶液增重的质量为：m=0.04mol×23g/mol-0.02mol×2g/mol=0.88g,故答案为：增大 0.88。