Question

17．电化学在化学工业有着广泛的应用，
（1）工业冶炼铝的化学方程式是2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;电解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑；
（2）工业级氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换法膜法电解提纯．电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图1所示．

①该电解槽的阳极反应式是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
②除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口B（填写“A”或“B”）导出．
（3）甲醇燃料电池由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．其工作原理如图2，质子交换膜左右两侧的溶液均为1L 1.5mol/L H₂SO₄溶液．
①通入气体a的电极是电池的负（填“正”或“负”）极，其电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②当电池中有2mol e^-发生转移时，左右两侧溶液的质量差值为24g．

Answer 1

分析 （1）电解氧化铝冶炼Al；
（2）①该电解槽的阳极上氢氧根离子失去电子；
②阳离子向阴极移动，B为除去杂质的KOH；
（3）甲醇燃料电池，电解质为酸，由氢离子向正极移动可知，a为负极，甲醇失去电子；结合电极反应及转移电子计算．

解答 解：（1）工业冶炼铝的化学方程式是2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;电解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑，故答案为：2Al₂O₃（熔融）$\frac{\underline{\;\;\;电解\;\;\;}}{冰晶石}$4Al+3O₂↑；
（2）①该电解槽的阳极反应式是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
②阳离子向阴极移动，B为除去杂质的KOH，则除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口B导出，故答案为：B；
（3）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：负；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②负极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，当转移2mol电子时，左侧质量减轻$\frac{1}{6}$×2×（44-32）g=4g，还要有2molH⁺通过质子交换膜进入右侧，质量减少2g，正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右侧质量增加32g×$\frac{1}{4}$×2=16g，加上转移过来的2gH⁺，因此左右两侧溶液的质量之差为16g+2g+4g+2g=24g，
故答案为：24．

点评 本题考查电化学，为高频考点，把握电解池与原电池的工作原理、电极反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意（3）中计算为解答的难点，题目难度不大．