Question

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4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此时通过阴离子交换膜的离子数＜（填“＞”、“＜”或“=”）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“A”、“B”、“C”或“D”）D导出．
③通电开始后阴极附近溶液pH会增大 （填“增大”、“减小”或“不变”）．
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．已知H₂的燃烧热为285.8kJ•mol^-1则该燃料电池工作产生36g H₂O时理论上有571.6kJ的能量转化为电能．

Answer 1

分析 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结合燃烧热方程式及电池反应计算．

解答 解：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↑；＜；
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：增大；
④H₂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）=$\frac{36g}{18g/mol}$=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：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．