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和粗铜的精炼原理，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)甲烷燃料电池中，负极反应式是______。

(2)乙装置中石墨(C)极为______(填“阴极”或“阳极”)的电极反应式为______。

(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积______L，丙装置中阴极析出铜的质量为______g。

(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)：

①若用于制漂白液，a为电池的______极，电解质溶液最好用______，写出生成漂白液的离子方程式______。

②若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用______作电极。

Answer

CH4+10OH--8e-=+7H2O 阳 2Cl--2e-=Cl2↑ 4.48 12.8 负 饱和氯化钠溶液或食盐水 Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 铁

【解析】

根据题中图示，甲为燃烧电池即原电池，由原电池的负极失电子发生氧化反应判断投放燃料的电极是负极，写出电极反应式；根据乙为电解池，与原电极的相连情况判断C为阳极，并写出电极反应式；根据串联电路转移电子相等计算H2的体积和Cu的质量；根据题中图示信息，A极有气体放出，制漂白液是Cl2与NaOH反应，分析判断电解饱和食盐水，即可达到实验目的；根据制取Fe(OH)2必要有Fe2+，判断阳极材料；据此解答。

（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，所以通入甲烷的电极是负极，由于电解质溶液为KOH，呈碱性，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；答案为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。

（2）由题中图示可知，通CH4的电极与乙装置中Fe极相连，则乙装置中Fe为阴极，石墨(C)为阳极，失电子发生氧化反应，Cl-放电，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑；答案为阳极，2Cl--2e-=Cl2↑。

（3）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，由正极电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-可知，转移电子的物质的量n(e-)=×4=0.4mol，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，电极反应为2H++2e-=H2，V(H2)= ×22.4L/mol=4.48L，丙装置中阴极上析出铜，电极反应为Cu2++2e-=Cu，m(Cu)= ×64g/mol=12.8g；答案为4.48，12.8。

（4）①电解饱和NaCl溶液或食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分，B电极上生成氯气，氯气的密度小于溶液的密度，所以生成的氯气上升，能和氢氧化钠溶液充分的接触反应生成次氯酸钠，所以A极上析出氢气，即A极是阴极，所以a为电池负极，电解液是饱和NaCl溶液或食盐水，生成漂白液是Cl2与NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和H2O，其离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；答案为负，饱和NaCl溶液或食盐水，Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。

②若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，如果阳极是惰性电极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁，所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁；答案为铁。