Question

19．如图为阴离子交换膜和阳离子交换膜联合使用，用膜技术电解硫酸钠溶液以制取氢氧化钠和硫酸，其构造如图．

图中a为阳离子交换膜、b为阴离子交换膜则
（1）X、Y分别是H₂、O₂
（2）C、E入口分别加入含有少量NaOH 和H₂SO₄水溶液，其目的是增大溶液导电性
（3）装置乙中电极反应为 FO₂+2H₂O+4e^-=4OH^- G2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O生产一段时间后乙装置中溶液的pH如何变化减小．

Answer 1

分析 a为阳离子交换膜、b为阴离子交换膜，则甲中左室为阴极室、右室为阳极室，阴极上氢离子放电生成氢气，所以X为H₂，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，则Y为O₂，甲中阴极室电解后得到的溶液是NaOH溶液、阳极时电解后得到的溶液是H₂SO₄，所以C为含有NaOH的H₂O、E为含有H₂SO₄的H₂O、D为Na₂SO₄溶液；
装置乙为原电池，F电极上通入氧气、G电极上通入氢气，则F是正极、G是负极，电解质溶液呈碱性，则负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电池反应式为2H₂+O₂=2H₂O，溶液体积增大，NaOH浓度降低，据此分析解答．

解答 解：a为阳离子交换膜、b为阴离子交换膜，则甲中左室为阴极室、右室为阳极室，阴极上氢离子放电生成氢气，所以X为H₂，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，则Y为O₂，甲中阴极室电解后得到的溶液是NaOH溶液、阳极时电解后得到的溶液是H₂SO₄，所以C为含有NaOH的H₂O、E为含有H₂SO₄的H₂O、D为Na₂SO₄溶液；装置乙为原电池，F电极上通入氧气、G电极上通入氢气，则F是正极、G是负极，电解质溶液呈碱性，则负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电池反应式为2H₂+O₂=2H₂O，溶液体积增大，NaOH浓度降低，
（1）通过以上分析知，X、Y分别是H₂、O₂，故答案为：H₂；O₂；
（2）通过以上分析知，C、E分别是含有少量NaOH、的水，目的是增大溶液导电性，故答案为：NaOH；H₂SO₄；增大溶液导电性；
（3）通过以上分析知，F、G电极反应式分别为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-、2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O，溶液体积增大、氢氧化钠物质的量不变，所以氢氧化钠浓度降低，溶液的pH减小，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；减小．

点评 本题考查电解原理，为高频考点，侧重考查学生分析能力，明确各室发生的反应是解本题关键，以离子交换膜为突破口判断各物质成分，难点是电极反应式的书写，要结合电解质溶液酸碱性书写，题目难度不大．