Question

【题目】氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：

（1）电解饱和食盐水的离子方程式为___。

（2）氢氧化钠溶液从图中___（填“a”、“b”、“c”或“d”）位置流出。

（3）有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关流程如图所示(电极未标出)。通入氢气的电极的电极反应式为___，燃料电池中阳离子的移动方向___（“从左向右”或“从右向左”）。电解池中产生2molCl2，理论上燃料电池中消耗O2的物质的量为___。a、b、c的大小关系为___。

Answer 1

【答案】2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ d 负极 从左向右 1mol c＞a＞b

【解析】

（1）电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气；

（2）电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，水电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大；

（3）分析题给装置图知，该装置是以碱性氢氧燃料电池电解饱和食盐水的装置。

（1）电解饱和食盐水，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，氢离子在阴极得到电子生成氢气，阴极附近氢氧根离子浓度增大生成氢氧化钠，反应的离子方程式：2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑；

（2）电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，水电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d；

（3）根据燃料电池的工作原理：负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，正极是氧气发生得电子得还原反应，则通氢气的电极为负极；原电池中，阳离子交换膜使阳离子通过，阳离子移向正极，从左向右；

电解池中产生2mol Cl2，依据电子守恒，结合电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-，4Cl--4e-=2Cl2↑，计算得到消耗氧气1mol；

燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%小于c%，负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子，所以b%＜a%，得到b%＜a%＜c%，即c＞a＞b。