Question

10．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一．某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题（显示的电极均为石墨）．

（1）图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是H₂（填化学式），U形管右（填“左”或“右”）边的溶液变红．
（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的负极；该发生器中反应的总离子方程式为Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑．
（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上．该工艺的相关物质传输与转化关系如图3所示（其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过）．
①燃料电池B中的电极反应式分别为：负极2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O，正极O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．
②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数a%、b%、c%由大到小的顺序为b%＞a%＞c%．

Answer 1

分析 （1）图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极、右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气，所以a气球中气体是氯气、b气球中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色；
（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有与漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气、上边电极附近有NaOH生成；
（3）①B是燃料电池，右边电池中通入空气、左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极、右边电极是阴极，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电；
原电池中通入氧化剂的电极是正极、通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水；
②图3中电解池中加入的NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠．

解答 解：（1）图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极、右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气，所以a气球中气体是氯气、b气球中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色，故答案为：H₂；右；
（2）利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上氢离子放电生成氢气同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有与漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气、上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极、d为正极；其电池反应式为Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑，故答案为：负；Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑；
（3）①B是燃料电池，右边电池中通入空气、左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极、右边电极是阴极，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电，负极、正极反应式为2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O、O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案为：2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O； O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
原电池中通入氧化剂的电极是正极、通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水；
②图3中电解池中加入的NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%＞a%＞c%，故答案为：b%＞a%＞c%．

点评 本题考查电解原理，为高频考点，明确各个电极上发生的电极反应是解本题关键，难点是（3）题氢氧化钠浓度大小比较及电极反应式的书写，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．