Question

如图所示，某同学设计一个燃料电池并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”），正极的电极反应式为____________。

（2）石墨电极(C)为____________（填“阳极”或“阴极”），铁电极的电极反应式为____________。

（3）反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在________区。（填“铁极”或“石墨极”）

（4）如果粗铜中含有锌、银、金等杂质，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”）。

（5）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中（NaCl足量）C电极上生成的气体的分子数为____________N_A；丙装置中阴极析出铜的质量为____________。

Answer

负极 O2+4e-＋2H2O=4OH- 阳极 2H2O+2e-=2OH-+H2↑ 铁极 减小 0.2 12.8g

【解析】

甲装置：为燃料电池，正极：O2+2H2O+4e-=4OH-，负极：H2－2e－+2OH-=2H2O，总反应：2H2+O2=2H2O；

乙装置：Fe电极与电源负极相连，为阴极，电极反应式：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，C极为阳极，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，总反应为：2H2O+2Cl-2OH-+H2↑+ Cl2↑；

丙装置：铜的电解精炼池，粗铜为阳极，电极反应式主要为：Cu-2e-=Cu2+，精铜为阴极，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，据此解答。

(1)由分析可知，通入氢气的电极为负极，正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：负极；O2+2H2O+4e-=4OH-；

(2)石墨电极为阳极，铁电极为阴极，阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故答案为：阳极；2H2O+2e-=2OH-+H2↑；

(3)乙装置中Fe电极附近产生OH-，X为阳离子交换膜，则Na+透过X膜在铁极产生NaOH，故答案为：铁极；

(4)装置中，阳极粗铜中的Zn、Cu失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子生成铜，根据转移电子守恒，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小，故答案为：减小；

(5)标况下2.24LO2即0.1mol，能够转移0.4mol电子，乙池中Fe电极生成H2，因此能生成0.2molH2即0.2NA个分子，丙装置的精铜电极则能析出0.2mol铜单质，即12.8g铜，故答案为：0.2；12.8g。