Question

（1）某课外活动小组同学用如图1装置进行实验，试回答下列问题：
①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的

 

腐蚀．
②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为

 

．
（2）芒硝化学式为Na₂SO₄?10H₂O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物．该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．
①该电解槽的阳极反应式为

 

．此时通过阴离子交换膜的离子数

 

（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②制得的氢氧化钠溶液从出口（填写“A”、“B”、“C”或“D”）

 

导出．
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：

 

．
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为

 

．已知H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则该燃料电池工作产生36g H₂O时，理论上有

 

kJ的能量转化为电能．

Answer 1

考点：电解原理,原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）①开始时开关K与a连接，形成的是原电池反应，铁做负极失电子发生氧化反应，饱和氯化钠溶液中氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，发生的是吸氧腐蚀；
②开始时开关K与b连接形成的是电解池，石墨做阳极，铁做正极，反应是电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠溶液；
（2）①电解时，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，阳极上失电子发生氧化反应；根据阴阳离子的移动方向，通过相同电量时，阴阳离子交换的个数判断；
②阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成；
③电解过程中氢离子在阴极得到电子发生还原反应，破坏了水的电离，溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液PH升高；
④氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子；结合燃烧热方程式及电池反应计算．

解答： 解：（1））①开始时开关K与a连接，形成的是原电池反应，铁做负极失电子发生氧化反应，饱和氯化钠溶液中氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，发生的是吸氧腐蚀；故答案为：吸氧；
②开始时开关K与b连接形成的是电解池，石墨做阳极，铁做正极，反应是电解饱和食盐水生成氢气、氯气和氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为：
2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①电解时，阳极上失电子发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气，阳极电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；阳极氢氧根离子放电，因此硫酸根离子向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成，由图可知，D在阴极附近，制得的氢氧化钠溶液从D出口导出，故答案为：D；
③电解过程中氢离子在阴极得到电子发生还原反应，破坏了水的电离，溶液中氢氧根离子浓度增大，溶液pH升高；
故答案为：氢离子放电生成氢气促进水的电离，溶液中氢氧根离子浓度增大；
④氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子，负极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol，该燃料电池工作产生36g H₂O，n（H₂O）=

36g

18g/mol

=2mol，由燃烧的热方程式可知，生成2molH₂O放出571.6kJ的热量，即理论上有571.6kJ的能量转化为电能；
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；571.6．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，注意装置的判断及燃料原电池电极反应式和电解反应的书写，理解电解质溶液的酸碱性确定生成的离子或物质，题目难度中等．