Question

【题目】根据电化学知识回答下列问题。

Ⅰ、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_____（填正或负）极相连，氢气从____ （选填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________（填阴离子或阳离子，下同）交换膜，N为________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），则电池正极的电极反应式为___________________

Ⅱ、铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)

写出它放电时正极的电极反应式______________________________________；

充电时阴极的电极反应式______________________________________________。

Answer 1

【答案】正 C 阴离子 阳离子 O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-

【解析】

Ⅰ（1）根据加入的物质可知，X电极附近生成硫酸，Y电极附近生成氢氧化钾去分析阴阳极；
（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）原电池中正极上得电子发生还原反应；
Ⅱ 由铅蓄电池的总反应PPb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)可知，放电时，Pb被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为Pb-2e-+SO42-=PbSO4，正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2+SO42-+2e-+4H+＝PbSO4+2H2O，在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式和放电时的正极反应互为逆反应，阴极上发生还原反应，电极反应式和放电时的负极反应互为逆反应，以此解答该题。

Ⅰ（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；
答案：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SO42-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；
答案：阴离子；阳离子；
（3）氢氧燃料碱性电池中，通入氧气的电极是正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

答案：O2＋2H2O＋4e－=4OH－

Ⅱ 由铅蓄电池的总反应PPb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)可知，放电时，Pb被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为Pb-2e-+SO42-=PbSO4，正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2+SO42-+2e-+4H+＝PbSO4+2H2O，在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式和放电时的正极反应互为逆反应，阴极上发生还原反应，电极反应式和放电时的负极反应互为逆反应；

答案：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O PbSO4 + 2e- = Pb + SO42-