Question

9．某课外活动小组设想：如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，利用如图实验装置（两电极均为石墨电极）电解Na₂SO₄溶液来制取H₂、O₂、H₂SO4和NaOH，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小于（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
（2）制得的H₂SO₄溶液从出口A（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出．
（3）利用制得的氢气为基本原料合成出甲醇，然后再用甲醇与氧气、氢氧化钠组成燃料电池，则该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）该电解槽的阳极上水失电子生成氧气和氢离子；阴离子交换膜的离子是氢氧根离子、通过阳离子交换膜的离子是钠离子，根据电荷守恒判断；
（2）阳极上是氢氧根离子失电子产生氧气，生成的酸在阳极附近生成；
（3）甲醇燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应，据此回答．

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↑；小于；
（2）阳极上是氢氧根离子失电子产生氧气，生成的酸在阳极附近生成；故答案为：A；
（3）甲醇燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应，即CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

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，把握电解质溶液的酸碱性确定生成的离子或物质，题目难度不大．