Question

5．硫化氢（H₂S）是一种有毒的可燃性气体，用H₂S、空气和KOH溶液可以组成燃料电池，其总反应式为2H₂S+3O₂+4KOH═2K₂SO₃+4H₂O．
（1）该电池工作时正极应通入空气（或氧气）．
（2）该电池的负极电极反应式为：2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O．
（3）该电池工作时负极区溶液的pH降低（填“升高”“不变”“降低”）
（4）有人提出K₂SO₃可被氧化为K₂SO₄，因此上述电极反应式中的K₂SO₃应为K₂SO₄，某学习小组欲将电池工作一段时间后的电解质溶液取出检验，以确定电池工作时反应的产物．实验室有下列试剂供选用，请帮助该小组完成实验方案设计．
0.01mol•L^-1KMnO₄酸性溶液，1mol•L^-1HNO₃，1mol•L^-1H₂SO₄，1mol•L^-1HCl，
0.1mol•L^-1Ba（OH）₂，0.1mol•L^-1BaCl₂．

实验步骤	实验现象及相关结论
①取少量电解质溶液于试管中，用pH试纸测其pH．	→试纸呈深蓝色，经比对溶液的pH约为14，说明溶液中有残余的KOH．
②继续加入足量1mol•L-1HCl  溶液，再加入少量0.1mol•L-1BaCl2溶液，振荡．	→若有白色沉淀产生，则溶液中含有K2SO4． →若无白色沉淀产生，则溶液中没有K2SO4．
③另取少量电解质溶液于试管中，先加1mol•L-1的H2SO4酸化，再滴入2～3滴0.01mol•L-1KMnO4酸性溶液，振荡．	→若KMnO4溶液紫红色褪去，则说明溶液中含有K2SO3，若KMnO4溶液紫红色不褪，则说明溶液不含K2SO3

（5）若电池开始工作时每100mL电解质溶液含KOH56g，取电池工作一段时间后的电解质溶液20.00mL，加入BaCl₂溶液至沉淀完全，过滤洗涤沉淀，将沉沉在空气中充分加热至恒重，测得固体质量为11.65g，计算电池工作一段时间后溶液中KOH的物质的量浓度5.000mol/L．  （结果保留四位有效数字，假设溶液体积保持不变，已知：M（KOH）=56，M（BaSO₄）=233，M（BaSO₃）=217）

Answer 1

分析 用H₂S、空气和KOH溶液可以组成燃料电池，其总反应式为2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由总方程式可知，反应中S元素化合价升高，H₂S被氧化，O元素化合价降低被还原，则通入H₂S的一极为负极，通入氧气的一极为正极，负极反应为2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，以此解答（1）（2）（3）；
（4）检验是否含有K₂SO₄，可先加入盐酸除去K₂SO₃，然后再加氯化钡检验，如生成沉淀，则说明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有还原性，可用KMnO₄溶液检验；
（5）将沉淀在空气中充分加热至恒重，测得固体质量为11.65g，应为BaSO₄的质量，可计算出消耗KOH的物质的量，则计算反应后溶液中KOH的物质的量浓度．

解答 解：用H₂S、空气和KOH溶液可以组成燃料电池，其总反应式为2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由总方程式可知，反应中S元素化合价升高，H₂S被氧化，O元素化合价降低被还原，则通入H₂S的一极为负极，通入氧气的一极为正极，负极反应为2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，
（1）由以上分析可知正极通入空气（或氧气），故答案为：空气（或氧气）；
（2）该电池的负极电极反应式为2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O 或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O，
故答案为：2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O  或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O；
（3）负极消耗OH^-，则工作一段时间后溶液pH减小，故答案为：降低；
（4）检验是否含有K₂SO₄，可先加入足量1mol•L^-1 HCl 除去K₂SO₃，然后再加少量0.1 mol•L^-1 BaCl₂ 检验，如生成沉淀，则说明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有还原性，可用KMnO₄溶液检验，若KMnO₄溶液紫红色褪去，则说明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫红色不褪，则说明溶液不含K₂SO₃，
故答案为：足量1mol•L^-1 HCl；少量0.1 mol•L^-1 BaCl₂；若KMnO₄溶液紫红色褪去，则说明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫红色不褪，则说明溶液不含K₂SO₃；
（5）由于BaSO₃在空气中加热时转化为BaSO₄，将沉淀在空气中充分加热至恒重，测得固体质量为11.65g，应为BaSO₄的质量，
n（BaSO₄）=$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.0500mol，即n（K₂SO₄）+n（K₂SO₃）=0.0500mol，
$n（KOH）=\frac{20.00}{100.00}×\frac{56g}{56g/mol}-0.05×2=0.1000mol$，
$c（KOH）=\frac{0.1000mol}{0.02000L}=5.000mol•{L^{-1}}$，
故答案为：5.000 mol•L^-1．

点评 本题考查较为综合，涉及原电池、物质的检验和鉴别等知识，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高频考点，注意把握实验的原理和原电池的工作原理，难度不大．