Question

【题目】（1）某课外活动小组同学用图1装置进行实验，试回答下列问题：

①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的 腐蚀．

②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为 ．

（2）芒硝化学式为Na2SO410H2O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物．该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．

①该电解槽的阳极反应式为 ；此时通过阴离子交换膜的离子数 （填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．

②制得的氢氧化钠溶液从出口（填“A”、“B”、“C”或“D”） 导出．

③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：

④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为 ．已知H2的燃烧热为285.8kJmol﹣1，则该燃料电池工作产生36g H2O时，理论上有 kJ的能量转化为电能．

Answer 1

【答案】（1）①吸氧；

②2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑；

（2）①4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；小于；

②D；

③H+放电，促进水的电离，OH﹣浓度增大；

④H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O；571.6

【解析】

试题分析：（1）①若开始时开关K与a连接，该装置是原电池，钢铁在弱酸性或中性条件下发生吸氧腐蚀，在强酸性条件下发生析氢腐蚀；

②若开始时开关K与b连接，该装置是电解池，石墨作阳极、Fe作阴极，阳极上氯离子放电、阴极上水得电子生成氢气同时生成氢氧根离子；

（2）①该电解槽的阳极上水失电子生成氧气和氢离子；阴离子交换膜的离子是氢氧根离子、通过阳离子交换膜的离子是钠离子，根据电荷守恒判断；

②阴极上水得电子生成氢气和OH﹣，则生成的NaOH应该在阴极附近；

③通电开始后，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，导致溶液碱性增强；

④氢氧燃料碱性电池中，电池负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水；

H2的燃烧热为285.8kJmol﹣1，n（H2O）==2mol，根据氢原子守恒知，生成2mol水需要2mol氢气，据此计算反应热．

解：（1）①开关K与a连接，为原电池，NaCl溶液为中性，发生吸氧腐蚀，故答案为：吸氧；

②K与b连接，为电解池，若开始时开关K与b连接时，Fe作阴极，石墨作阳极，氯离子、氢离子放电，电解的总离子反应为2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑，

故答案为：2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑；

（2）①电解时，阳极上失电子发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；阳极氢氧根离子放电，因此硫酸根离子向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数，故答案为：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；小于；

②氢氧化钠在阴极生成，所以在D口导出；故答案为：D；

③通电开始后，阴极上氢离子放电生成氢气，氢离子来自于水，所以促进水的电离，导致溶液中氢氧根离子的浓度大于氢离子的浓度，所以溶液的pH值增大．

故答案为：H+放电，促进水的电离，OH﹣浓度增大；

④氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O，H2的燃烧热为285.8kJ/mol，则2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=﹣571.6kJ/mol，该燃料电池工作产生36g H2O，n（H2O）==2mol，由燃烧的热方程式可知，生成2molH2O放出571.6kJ的热量，即理论上有571.6kJ的能量转化为电能，

故答案为：H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O；571.6