Question

如圖甲所示，A、F為石墨電極，B、E為鐵片電極．按要求回答下列問題：

（1）打開K₂，閉合K₁，B為

負(fù)

極，A的電極反應(yīng)為

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

，最終可觀察到的現(xiàn)象是

溶液中有紅褐色沉淀生成

．
（2）打開K₁，閉合K₂，E為

陰

極，檢驗(yàn)F極產(chǎn)生氣體的方法是

用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)

．該裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

．
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）、（2）操作時(shí)，

A、E

極周圍能變紅（填A(yù)、B、E、或F）．
（4）若電源選用燃料電池，結(jié)構(gòu)如圖乙，以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)（非水溶濟(jì)，能夠傳導(dǎo)CO₃^2-），電池工作時(shí)電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，通入甲烷的電極為

負(fù)

極，請(qǐng)寫出正極反應(yīng)的方程式

2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-

，若在標(biāo)況下消耗11.2L的甲烷，電解NaCl溶液產(chǎn)生的H₂的物質(zhì)的量為

1.5

mol（假設(shè)燃料電池能量轉(zhuǎn)化率為75%）．

Answer 1

分析：（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負(fù)極，石墨作正極，正極上反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；負(fù)極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，發(fā)生的反應(yīng)方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（2）打開K₁，閉合K₂，該裝置是電解池，F(xiàn)是陽極，E是陰極，陽極上氯離子放電，陰極上氯離子放電；檢驗(yàn)氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣�鉀試紙變藍(lán)就是氯氣，否則不是；
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）（2）操作時(shí)，電極周圍能變紅說明產(chǎn)生氫氧根離子，結(jié)合電極方程式判斷；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷被負(fù)極反應(yīng)，被氧化，負(fù)極反應(yīng)為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應(yīng)為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，結(jié)合電極方程式計(jì)算．

解答：解：（1）打開K₂，合并K₁，該裝置是原電池，較活潑的金屬鐵作負(fù)極，石墨作正極，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
負(fù)極上鐵失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子和氫氧根離子 反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵易被氧化生成氫氧化鐵，反應(yīng)方程式為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；
4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，可溶液中有紅褐色沉淀生成，
故答案為：負(fù)；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；溶液中有紅褐色沉淀生成；
（2）該裝置是電解池，E是陰極，F(xiàn)是陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陽極上生成氯氣，檢驗(yàn)氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，如果用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)，證明是氯氣，反應(yīng)的總方程式為2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：陰；用濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近F極，試紙變藍(lán)；2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（1）操作時(shí)，該裝置是原電池，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，導(dǎo)致A附近溶液呈堿性，所以酚酞試液變紅，
若往U型管中滴加酚酞，進(jìn)行（2）操作時(shí)，陰極上氫離子放電導(dǎo)致溶液中氫氧根濃度大于氫離子濃度而使溶液呈堿性，加入酚酞試液會(huì)變紅，
故答案為：A、E；
（4）甲烷燃料電池中，甲烷被負(fù)極反應(yīng)，被氧化，負(fù)極反應(yīng)為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，正極上氧氣得電子被還原，正極反應(yīng)為2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-，若在標(biāo)況下消耗11.2L的甲烷，即0.5mol，則轉(zhuǎn)移電子2mol，由2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，理論上生成氫氣2mol，但燃料電池能量轉(zhuǎn)化率為75%，則生成氫氣的物質(zhì)的量為2×75%=1.5mol，
故答案為：負(fù)；2CO₂+O₂+4e^-=2CO₃^2-；1.5．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池原理和電解池原理，明確原電池和電解池電極上發(fā)生反應(yīng)的類型即可分析解答本題，難度不大，注意電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)．