2024年高考化学一轮复习第一部分专题11电解池金属的腐蚀与防护练习含解析

PAGE1-专题11电解池金属的腐蚀与防护1．(2024·江苏高考)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液潮湿后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀试验。下列有关该试验的说法正确的是()A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－=Fe3＋B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀答案C解析铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－=4OH－，A、D错误；铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，B错误。2．(2024·北京朝阳高三期末)在不同电压下用惰性电极电解饱和NaCl溶液制备少量NaClO，试验结果如下：试验①②③电压U1U2U3现象a极产生少量气泡，b极无明显气泡a极产生较多气泡，b极产生少量气泡a极产生大量气泡，b极逸出大量黄绿色气体下列分析不正确的是()A．①、②、③中，a极均发生了还原反应B．①、②、③中均能发生Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2OC．电解时OH－由b极向a极移动D．不宜采纳试验③的电压制备NaClO答案C解析依据图示可知a电极为阴极，溶液中的阳离子H＋在阴极上获得电子，发生还原反应，A正确；在a电极溶液中的H＋获得电子，变为H2逸出，旁边溶液中OH－增多阴极产生NaOH，在阳极b电极上溶液中阴离子Cl－失去电子变为Cl2，Cl2与溶液中的NaOH发生反应：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，B正确；电解时阴离子OH－向阳极移动，即由a极向b极移动，C错误；试验③电压高，电流大，反应速率快，反应产生的氯气未能与NaOH溶液反应，就会从溶液中逸出，所以不能采纳该电压制备NaClO，D正确。3．(2024·重庆市第一中学高三期中)探讨电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()A．d为锌块，铁片不易被腐蚀B．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－=H2↑C．d为石墨，铁片腐蚀加快D．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案B解析若d为锌块，由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到爱护，铁片不易被腐蚀，A正确；d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B错误；铁、石墨及海水构成原电池，比没有形成原电池时的速率快，C正确；d为石墨(正极)，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，D正确。4.(2024·贵州重点中学高考教学质量测评)某试验小组用石墨作电极进行如下试验，试验视察到：a、d处试纸变蓝；b处变红，并局部褪色；c处无明显变更。下列说法中错误的是()A．a极为阴极，发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑B．b极为阳极，涉及的反应有2Cl－－e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClOC．电解过程中，电子流向：电源负极→a→c→d→b→电源正极D．若将铁丝改成铜丝，其余条件相同，电解一段时间后，能发觉c处旁边变蓝答案C解析a极连接电源负极为阴极，水电离产生的氢离子得电子产生氢气，发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，A正确；b极连接电源的正极为阳极，溶液中氯离子失电子产生氯气，且产生的氯气与水反应生成盐酸和次氯酸，涉及的反应有2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClO，B正确；电解过程中，电子流向：电源负极→a、c→d、b→电源正极，C错误；c处为阳极，若将铁丝改成铜丝，铜失电子产生铜离子，其余条件相同，电解一段时间后，能发觉c处旁边变蓝，D正确。5．(2024·广东重点中学高三期末联考)乙醛酸(HOOC—CHO)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是()A．M极与直流电源的负极相连B．每得到1mol乙醛酸将有2molH＋从右室迁移到左室C．N电极上的电极反应式：HOOC—COOH－2e－＋2H＋=HOOC—CHO＋H2OD．每消耗0.1mol乙二醛在M电极生成2.24L气体(标准状况)答案D解析依据质子的移动方向，确定M电极是阳极，M极与直流电源的正极相连，故A错误；2molH＋通过质子交换膜，则电池中转移2mol电子，依据电极反应式HOOC—COOH＋2e－＋2H＋=HOOC—CHO＋H2O，可知N极生成1mol乙醛酸，由于两极均有乙醛酸生成，所以生成的乙醛酸为2mol，故B、C错误；由左极室发生反应：2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋OHC—CHO＋H2O=2Cl－＋OHC—COOH＋2H＋可知，每消耗0.1mol乙二醛转移电子0.2mol，M电极上所得氯气的物质的量为0.1mol，体积为2.24L(标准状况)，故D正确。6．(2024·长春外国语学校高三期末考试)已知：锂硫电池的总反应为2Li＋xS=Li2Sx。以锂硫电池为电源，通过电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的示意图如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是()A．b为电源的正极B．每消耗32g硫，理论上导线中肯定通过2mole－C．SOeq\o\al(2－,4)通过阴膜由原料室移向M室D．N室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋答案C解析由题图可知M室会生成硫酸，原料室中的SOeq\o\al(2－,4)通过阴膜进入M室，所以在M室电极上OH－放电，所以该电极为阳极，因此b极为负极，故A错误；依据电池的总反应式2Li＋xS=Li2Sx，每消耗32xg硫，理论上导线中肯定通过2mole－，故B错误；SOeq\o\al(2－,4)为阴离子，阴离子能通过阴膜移向M室，与氢离子结合得到硫酸，故C正确；N室中氢离子放电，所以电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，故D错误。7．(2024·西安五校高三联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的试验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O。下列说法正确的是()A．气体甲和乙分别为O2和H2B．该装置中阴极区的pH减小C．Fe电极反应式4OH－－4e－=O2↑＋2H2OD．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中eq\f(nK,nCr)＝eq\f(6,5)答案D解析依据制备原理，可知右池中应产生H＋，使2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O平衡向正反应方向移动，CrOeq\o\al(2－,4)转化为Cr2Oeq\o\al(2－,7)，则右池中C为阳极，电极反应式为：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，气体乙为O2，左池中Fe为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，气体甲为H2，A、C项错误；依据阴极反应式可知，该装置中阴极区c(OH－)增大，pH增大，B项错误；设起先时K2CrO4的物质的量是amol，依据题意列出三段式：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2Oeq\a\vs4\al(起始物质,的量/mol)a0eq\a\vs4\al(转化物质,的量/mol)0.8a0.4aeq\a\vs4\al(某时刻物质,的量/mol)0.2a0.4a则阳极区n(K)＝(0.2a×2＋0.4a×2)mol＝1.2amol，n(Cr)＝amol，eq\f(nK,nCr)＝eq\f(1.2a,a)＝eq\f(6,5)，D项正确。8．(2024·北京海淀高三期末)家用暖气片大多用低碳钢材料制成，一旦生锈不仅影响美观，也会造成平安隐患。下列防止生锈的方法中，存在平安隐患的是()A．在暖气片表面镀锡B．在暖气片表面涂漆C．在暖气片表面涂铝粉D．非供暖期在暖气内充溢弱碱性的无氧水答案A解析依据金属活动性依次表，铁比锡活泼，一旦破损后构成原电池，铁作负极，加速铁的腐蚀，存在平安隐患，故A符合题意；表面涂漆，避开铁与空气接触，可以防止铁生锈，不存在平安隐患，故B不符合题意；铝比铁活泼，爱护铁不生锈，对铁起爱护作用，不存在平安隐患，故C不符合题意；充溢弱碱性的无氧水，避开构成原电池，爱护铁不生锈，不存在平安隐患，故D不符合题意。9．(2024·广东揭阳高三期末)电解Na2SO4溶液产生H2SO4和烧碱的装置如下图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2。以下说法正确的是(说明：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过)()A．产物丁为H2SO4B．a电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．离子交换膜d为阳离子交换膜D．每转移0.2mol电子，产生1.12L气体甲答案C解析电解硫酸钠溶液时，阳极上生成氧气，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2，则甲是氧气、乙是氢气，则a是阳极、b是阴极，阳极区域生成产物丙为硫酸、阴极区域生成产物丁为NaOH，故A、B错误；产物丁是NaOH，则离子交换膜d是阳离子交换膜，故C正确；温度和压强未知，无法确定气体摩尔体积，则无法计算氧气体积，故D错误。10．(2024·全国卷Ⅰ考试大纲调研卷(二))全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法爱护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是()A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池B．金属棒X的材料应当是比镁活泼的金属C．金属棒X上发生反应：M－ne－=Mn＋D．这种方法称为牺牲阳极的阴极爱护法答案B解析钢铁在潮湿的酸性土壤中能形成原电池因而易发生电化学腐蚀，金属铁是负极，易被腐蚀，A正确；金属棒X的材料若是比镁活泼的金属钾、钙、钠时，能和水之间发生猛烈的反应，它们不能做电极材料，B错误；金属棒X极的活泼性强于金属铁，作负极，发生失电子的氧化反应，C正确；原电池的负极被腐蚀，正极被爱护的方法称为牺牲阳极的阴极爱护法，D正确。11．(2024·资阳市高三其次次诊断性考试)在电镀车间的含铬酸性废水中，铬的存在形式有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种，其中以Cr(Ⅵ)的毒性最大。电解法处理含铬废水原理如图所示，铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是()A．Fe为阳极，反应为Fe－2e－=Fe2＋B．阴极反应为Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋7H2O＋6e－=2Cr(OH)3↓＋8OH－C．阳极每转移3mol电子，可处理Cr(Ⅵ)物质的量为1molD．离子交换膜为质子交换膜，只允许H＋穿过答案A解析Fe棒与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故A正确；Cr2Oeq\o\al(2－,7)在阳极区被Fe2＋还原为Cr3＋，阴极上水放电生成氢气和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故B错误；阳极每转移3mol电子，有1.5molFe2＋生成，由Cr2Oeq\o\al(2－,7)～6Fe2＋，1.5molFe2＋还原0.25molCr2Oeq\o\al(2－,7)，即可处理Cr(Ⅵ)物质的量为0.5mol，故C错误；Cr2Oeq\o\al(2－,7)在阳极区与Fe2＋反应生成Cr3＋和Fe3＋，阴极区水放电生成氢气和OH－，Cr3＋和Fe3＋通过离子交换膜进入阴极区，与OH－反应生成氢氧化物沉淀，该离子交换膜不是质子交换膜而是阳离子交换膜，故D错误。12．(2024·江西宜春高三期末)现以CO、O2、熔融盐Z(Na2CO3)组成的燃料电池，采纳电解法处理CO同时制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2。下列说法不合理的是()A．若甲池消耗标准状况下的氧气2.24L，则乙池中产生氢气0.2molB．石墨Ⅰ是原电池的负极，发生氧化反应C．乙池中左端Pt极电极反应式：N2O4－2e－＋2H2O=2N2O5＋4H＋D．甲池中的COeq\o\al(2－,3)向石墨Ⅰ极移动答案C解析依据装置图，甲池为燃料电池，乙池为电解池，通CO一极为负极，电极反应式为CO－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=2CO2，通O2一极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)，乙池左端Pt连接电源的正极，即左端Pt为阳极，电极反应式为N2O4＋2HNO3－2e－=2N2O5＋2H＋，乙池右端Pt为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故C错误。13．(2024·成都市高三诊断)港珠澳大桥设计运用寿命为120年，对桥体钢构件采纳了多种防腐方法。下列分析错误的是()A．防腐原理主要是避开发生反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池C．采纳外加电流的阴极爱护法时需外接镁、锌等作协助阳极D．钢构件可采纳不锈钢材料以减缓电化学腐蚀答案C解析采纳牺牲阳极的阴极爱护法时需外接镁、锌等作协助阳极，C项错误。14．(2024·江西师大附中高三期末考试)在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NOeq\o\al(－,3))＝6mol/L，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．电解得到的Cu的物质的量为0.5molB．向电解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可复原为原溶液C．原混合溶液中c(K＋)＝4mol/LD．电解后溶液中c(H＋)＝2mol/L答案B解析石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，n(O2)＝eq\f(22.4L,22.4L/mol)＝1mol，阳极发生4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，生成1mol氧气转移4mol电子，阴极发生Cu2＋＋2e－=Cu、2H＋＋2e－=H2↑，生成1mol氢气，转移2mol电子，因此还要转移2mol电子生成1mol铜，电解得到的Cu的物质的量为1mol，故A错误；依据电解原理和原子守恒，溶液中削减的原子有铜、氧、氢，向电解后的溶液中加入Cu(OH)2，可复原为原溶液，须要1molCu(OH)2，质量为98g，故B正确；c(Cu2＋)＝eq\f(1mol,0.5L)＝2mol/L，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K＋)为6mol/L－2mol/L×2＝2mol/L，故C错误；电解后溶液中c(H＋)为eq\f(4mol－2mol,0.5L)＝4mol/L，故D错误。15．(2024·山西孝义高三期末)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是()A．铁管道发生的是吸氧腐蚀B．输送暖气的管道也易发生此类腐蚀C．这种状况下，土壤的pH增大D．管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀答案C解析由图可知，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，正极反应为SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O＋8e－=HS－＋9OH－。铁管道的腐蚀过程中，氧气并未参与反应，所以不是吸氧腐蚀，故A错误；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化效率，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B错误；由正负极的电极反应可知，铁管道腐蚀过程中，OH－浓度增大，土壤pH增大，故C正确；管道上刷富铜油漆，形成Cu­Fe原电池，Fe作负极，可以加快管道的腐蚀，故D错误。16．(2024·安徽池州高三期末)工业上用Na2SO3溶液处理硫酸厂的废气SO2得NaHSO3溶液，然后用惰性电极电解NaHSO3废水(原理如图所示)使汲取液再生，两膜中间的Na＋和HSOeq\o\al(－,3)可通过离子交换膜。下列叙述正确的是()A．通电后中间隔室的HSOeq\o\al(－,3)通过C膜向左侧迁移，左侧电极室溶液pH增大B．图中A连接电源的正极，B连接电源的负极C．阳极反应为HSOeq\o\al(－,3)＋H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋，阳极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子时，会有0.5mol的Na2SO3生成答案C解析电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间隔室的HSOeq\o\al(－,3)通过D膜向右侧迁移，左侧阴极区氢离子放电，产生氢氧根离子，然后结合亚硫酸氢根离子生成亚硫酸根离子，所以阴极区溶液pH增大，A错误；左侧氢离子放电，发生还原反应为阴极，所以A连接电源的负极，B连接电源的正极，B错误；阳极区亚硫酸氢根离子失去电子生成硫酸，使溶液中c(H＋)增大，所以阳极区溶液pH降低，C正确；阴极区发生的总反应：2HSOeq\o\al(－,3)＋2e－=H2↑＋2SOeq\o\al(2－,3)，当电路中通过1mol电子时，会生成1mol的Na2SO3，D错误。17．(2024·湖南邵东创新试验学校高三月考)用石墨作电极电解1000mL0.1mol/LCuSO4溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量削减了9.8g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数)()A．电解过程中流经外电路的电子个数为0.2NAB．在标准状况下，两极共产生4.48L气体C．电解后溶液的pH为1(溶液体积不变)D．加入11.1gCu2(OH)2CO3可将溶液彻底复原答案B解析用石墨作电极电解1000mL0.1mol·L－1CuSO4溶液的阴极反应首先是Cu2＋＋2e－=Cu，假设全部的铜离子0.1mol全部放电，转移电子的物质的量为0.2mol，则析出金属铜的质量为：0.1mol×64g/mol＝6.4g，此时阳极放电的电极反应式为：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，转移0.2mol电子时生成的氧气的质量是：0.05mol×32g/mol＝1.6g，所以溶液质量削减总量为6.4g＋1.6g＝8g<9.8g，接下来阴极放电的是氢离子，阳极仍是氢氧根离子放电，相当于此阶段电解水，还要电解掉水的质量为9.8g－8g＝1.8g，电解掉这些水转移电子的物质的量为0.2mol，所以整个过程转移电子的总量为0.4mol，个数为0.4NA，故A错误；阳极放电的电极反应式为：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，当转移0.4mol电子时，产生的氧气物质的量为0.1mol，即2.24L，阴极上产生氢气，2H＋＋2e－=H2↑，当转移0.2mol电子时，产生的氢气物质的量为0.1mol，即2.24L，所以在标准状况下，两极共产生4.48L气体，故B正确；电解过程中溶液中的氢离子削减了0.2mol，而氢氧根离子总共削减了0.4mol，所以最终溶液中c(H＋)＝0.2mol÷1L＝0.2mol/L，其pH<1，故C错误；加入11.1gCu2(OH)2CO3即0.05molCu2(OH)2CO3，相当于加入0.05molH2O和0.1molCuO，共8.9g，少于溶液质量削减的量，故D错误。18．(2024·北京高考节选)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的探讨热点。(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过限制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是____________________。②变更开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：__________________________________________________________________。答案(2)①K12H2O＋2e－=H2↑＋2OH－③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环运用解析(2)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环运用。19．(2024·山东师大附中高三模拟)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。下图是某氯碱工业生产原理示意图：(1)A装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时，为除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为________、________。(2)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式：______________________。(3)氯碱工业是高耗能产业，按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。①图中Y是________(填化学式)；X与稀NaOH溶液反应的离子方程式是____________________________。②分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小：__________。③若用B装置作为A装置的协助电源，每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2L时，则B装置可向A装置供应的电量约为______________(一个e－的电量为1.60×10－19C答案(1)NaOH溶液Na2CO3溶液(2)2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)①H22OH－＋Cl2=ClO－＋Cl－＋H2O②b%＞a%③1.93×105C解析(1)除去杂质不能引入新的杂质，即除去Mg2＋用NaOH溶液，除去Ca2＋用Na2CO3溶液。(3)①装置A的右端产生NaOH溶液，说明右端电极是阴极，发生2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，因此Y是氢气，装置A的左端是阳极，发生2Cl－－2e－=Cl2↑，X为Cl2，和NaOH溶液的离子方程式为Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。②装置B中通氧气的一极为正极，环境是NaOH，因此正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，产生NaOH，因此b%>a%。③两者装置通过的电量相等，即转移的电量是eq\f(11.2,22.4)×4×6.02×1023×1.6×10－19C≈1.93×105C。20．(2024·湖北省鄂州市、黄冈市高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。Ⅰ.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)甲烷燃料电池负极反应式是____________________________。(2)石墨(C)极的电极反应式为____________________________。(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参与反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g，一段时间后烧杯中c(Cu2＋)________(填“增大”“减小”或“不变”)。Ⅱ.“长征”火箭放射运用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，并运用四氧化二氮作为氧化剂，这种组合的两大优点是既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空，产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外探讨性学习小组拟将此原理设计为原电池，如图