Question

4．膜技术原理在化工生产中有着广泛的应用．有人设想利用电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N₂O₅，装置图如图．

（1）A装置是原电池． （填“原电池”或“电解池”）．
（2）N₂O₅在B池的c极（填“c极”或“d极”）区生成，其电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．
（3）A装置中通入O₂一极的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（4）若A装置中通入SO₂的速率为2.24L•min^-1（标准状况），为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则左侧水的流入速率应为13.6mL•min^-1．

Answer 1

分析 （1）A装置能自发的进行氧化还原反应且没有外接电源；
（2）与电源的正极相连的电极为阳极，N₂O₄在阳极失电子生成N₂O₅；
（3）通入O₂一极是原电池的正极，氧气得电子生成水；
（4）电池的负极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，根据方程式计算，注意硫酸的浓度不变．

解答 解：（1）A装置能自发的进行氧化还原反应且没有外接电源，所以是原电池，
故答案为：原电池；
（2）与电源的正极相连的电极为阳极，c极与正极相连为阳极，N₂O₄在阳极失电子生成N₂O₅，电极反应式为：N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺；
故答案为：c极；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺；
（3）通入O₂一极是原电池的正极，电极反应式为：O₂-4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂-4e^-+4H⁺=2H₂O；
（4）电池的负极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，1min内n（SO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗水0.2mol，生成硫酸的质量为：0.1mol×98g/mol=9.8g，消耗水的质量为：0.2mol×18g/mol=3.6g，向右侧正极区定向移动0.2mol，即0.2g H⁺，
设1min内通入xmLH₂O，
则有：$\frac{9.8g}{9.8g+x×1g/mol-3.6g-0.2g}$×100%=50%
x=13.6mL/min，
故答案为：13.6．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，根据是否自发进行判断原电池和电解池，再结合各个电极上发生的电极反应分析解答，难点是电极反应式的书写，题目难度中等，侧重于考查学的分析能力和计算能力．