Question

9．如图是以铅蓄电池为电源，模拟氯碱工业电解饱和食盐水的装置图（C、D均为石墨电极）．
已知：铅蓄电池在放电时发生下列电极反应：
负极Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄
正极PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O
（1）请写出电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
（2）若在电解池中C极一侧滴酚酞试液，电解一段时间后未呈红色，说明铅蓄电池的A极为正极．
（3）用铅蓄电池电解1L饱和食盐水（食盐水足量、密度为1.15g/cm³）时，
①若收集到11.2L（标准状况下）氯气，则至少转移电子1mol．
②若铅蓄电池消耗H₂SO₄2mol，则可收集到H₂的体积（标准状况下）为22.4L．
③若消耗硫酸a mol，电解后除去隔膜，所得溶液中NaOH的质量分数表达式为（假设氯气全部排出）$\frac{80a}{2300-73a}$×100%（用含a的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）电解食盐水生成NaOH、氢气、氯气；
（2）在电解池中C极一侧滴酚酞试液，电解一段时间后未呈红色，可知C为阳极；
（3）①标准状况下11.2 L Cl₂的物质的量是$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5 mol，结合化合价计算转移电子；
②结合Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O～2 e^-～2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑计算；
③消耗a mol H₂SO₄，转移a mol电子，生成H₂、Cl₂、NaOH的物质的量分别为$\frac{a}{2}$mol、$\frac{a}{2}$mol、a mol，以此计算．

解答 解：（1）电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（2）C极一侧滴酚酞试液不变红色，说明该极无OH^-生成，C极是阳极，故A是正极，故答案为：正；
（3）①标准状况下11.2 L Cl₂的物质的量是0.5 mol，每生成1 mol Cl₂转移2 mol e^-，故收集到11.2L（标准状况下）氯气，则至少转移电子为1 mol e^-，
故答案为：1；
②铅蓄电池放电的总反应为Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，每消耗2 mol H₂SO₄，转移2 mol e^-，可生成1 mol H₂，标准状况时，H₂的体积为1mol×22.4L/mol=22.4 L，
故答案为：22.4；
③Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O～2 e^-～2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，消耗a mol H₂SO₄，转移a mol电子，生成H₂、Cl₂、NaOH的物质的量分别为$\frac{a}{2}$mol，$\frac{a}{2}$mol，a mol，故ω（NaOH）=$\frac{40a}{1000×1.15-\frac{a}{2}（71+2）}$×100%=$\frac{80a}{2300-73a}$×100%，故答案为：$\frac{80a}{2300-73a}$×100%．

点评 本题考查原电池及电解池的应用，为高频考点，把握发生的电解反应、物质的量关系为解答的关键，注意电解中电子守恒的应用，题目难度不大．