Question

某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾．
（1）X极与电源的

正

（填“正”或“负”）极相连，氢气从

C

（填“A”、“B”、“C”或“D”）口导出．
（2）离子交换膜只允许一类离子通过，则M为

阴离子

（填“阴离子”或“阳离子”，下同）交换膜，N为

阳离子

交换膜．
（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），则电池负极的反应式为

H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O

．
（4）若在标准状况下，制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是

49g

，转移的电子数为

6.02×10²³

．

Answer 1

分析：（1）根据加入的物质知，X电极附近生成硫酸，Y电极附近生成氢氧化钾，则X电极上氢氧根离子放电，Y电极上氢离子放电，所以X是阳极，Y是阴极，阳极与电源正极相连；阳极上生成氧气，阴极上生成氢气；
（2）电解过程中，电解质溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；
（3）原电池中负极上失电子发生氧化反应；
（4）根据转移电子守恒计算生成硫酸的质量．

解答：解：（1）题图中左边加入含硫酸的水，右侧加入含KOH的水，说明左边制硫酸，右边制备KOH溶液，氢氧根离子在阳极放电，同时电解后溶液呈酸性，氢离子在阴极放电，同时电解后溶液呈碱性，则X为阳极，Y为阴极，所以X连接电源正极；
Y电极上氢离子放电生成氢气，所以氢气从C口导出，
故答案为：正；C；
（2）OH^-在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H⁺增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO₄^2-通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜；
H⁺在Y极发生还原反应，使右边溶液中OH^-增多，硫酸钾溶液中K⁺向右迁移，N为阳离子交换膜，
故答案为：阴离子；阳离子；
（3）氢氧燃料碱性电池中，通入氢气的电极是负极，负极上氢气失电子发生氧化反应，电极反应式为
H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（4）n（H₂）=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，根据2H⁺+2e^-═H₂↑知，得电子的物质的量为1mol，得电子数为6.02×10²³，X极的反应式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，根据得失电子守恒知，生成H⁺的物质的量为1mol，根据氢原子守恒得生成0.5mol H₂SO₄，m（H₂SO₄）=nM=0.5mol×98g/mol=49g，
故答案为：49g；6.02×10²³．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，正确推断电解池阴阳极是解本题关键，根据加入水溶液的溶质确定电极产物，结合电极产物确定阴阳极，再结合转移电子守恒进行有关计算，难度中等．