(14分)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,丙中滴有少量的酚酞试液.请按要求回答相关问题:
(1)甲烷燃料电池负极电极反应式是: .
(2)石墨电极(C)的电极反应式为 .
(3)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁电极上生成的气体体积为 L.
(4)铜丝a处在开始一段时间的现象为 ;原因是 .
(5)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.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动
d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(6)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应为 .
知识点:原电池
(1)CH4﹣8e﹣+10OH﹣═CO23﹣+7H2O;
(2)2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑;
(3)4.48;
(4)溶液变红;由于2H++2e﹣=H2↑,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红;
(5)bd;
(6)4H++O2+4e﹣═2H2O.
考点:原电池和电解池的工作原理.
专题:电化学专题.
分析: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.
(1)燃料电池中,负极上投放燃料,负极上失电子发生氧化反应.
(2)甲中投放氧化剂的电极是正极,所以乙装置中石墨是阳极,阳极上氯离子失电子发生氧化反应;
(3)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;
(4)a为阴极,阴极发生还原反应生成氢气,促进水的电离;
(5)铜的精炼时,粗铜为阳极,纯铜为阴极;
(6)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,铜被氧化,应为负极,正极上氧气被还原.
解答:解:(1)燃料电池中,负极上投放燃料所以投放甲烷的电极是负极,负极上失电子发生氧化反应,电极反应式为:CH4+10OH﹣﹣8e﹣=CO32﹣+7H2O.
故答案为:CH4﹣8e﹣+10OH﹣═CO23﹣+7H2O;
(2)甲中投放氧化剂的电极是正极,所以乙装置中石墨电极是阳极,阳极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:2Cl﹣﹣2e﹣=Cl2↑,
故答案为: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,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;
2H++2e﹣=H2↑
2mol 22.4L
0.4mol xL
x=4.48,
故答案为:4.48;
(4)a为阴极,发生2H++2e﹣=H2↑,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红,
故答案为:溶液变红;由于2H++2e﹣=H2↑,水的电离平衡正向移动,使溶液显碱性,酚酞遇碱变红;
(5)电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能.电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,阴极上发生还原反应.电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子.粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近.此题应选b、d;
故答案为:bd;
(6)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,铜被氧化,应为负极,正极上氧气被还原,电极方程式为4H++O2+4e﹣═2H2O,
故答案为:4H++O2+4e﹣═2H2O.
点评:本题综合考查电解池和原电池知识,注意把握电化学工作原理,为高考常见题型,侧重于学生的分析能力的考查,有利于培养学生的良好的科学素养,难度中等.