Question

【题目】有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池与燃料电池相组合，相关流程如图所示(电极未标出)。回答下列有关问题：

(1)电解池的阴极反应式为_____________。

(2)通入空气一极的电极反应式为_____________。燃料电池中阳离子的移动方向是_____________ (“从左向右”或“从右向左”)。

(3)电解池中产生 2molCl2，理论上燃料电池中消耗标准状况下_____________LO2。

(4) a、b、c 由大到小的顺序为：_____________。

(5)二氧化氯是目前国际上公认的第四代高效、无毒的广谱消毒剂，可由 KClO3在H2SO4存在下与 Na2SO3反应制得。请写出反应的离子方程式_____________

Answer 1

【答案】2H++2e-=H2↑ 正极 从左向右 22.4 c＞a＞ 2ClO3-+SO32-+2H+═2ClO2+SO42-+H2O

【解析】

(1) 电解池中生成氢气的一端为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气；

(2) 燃料电池中燃料在原电池负极失电子发生氧化反应，空气中氧气在正极上得到电子生成氢氧根离子，燃料电池中阳离子移向正极；

(3) 依据电解池和原电池中电子守恒计算得到；

(4)燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-，负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子，再结合离子交换膜的作用分析即可；

(5) 二氧化氯由KClO3在H2SO4存在下与Na2SO3反应制得，则可知反应物、生成物，结合电子守恒、电荷守恒分析。

(1) 电解池中生成氢气的一端为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，在氢氧化钠溶液中，电解池的阴极反应式为；2H++2e-=H2↑；

(2) 燃料电池的工作原理：负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，即H2-2e-+2OH-=2H2O，正极是氧气发生得电子得还原反应，即O2+4e-+2H2O=4OH-，铜空气的电极为正极；原电池中，阳离子交换膜使阳离子通过，阳离子移向正极；

(3) 电解池中产生2mol Cl2，依据电子守恒，O2+4e-+2H2O=4OH-，4Cl--4e-=2Cl2↑，得到2Cl2～O2，计算得到生成氧气1mol，标准状况下O2的体积为1mol×22.4L/mol=22.4L；

(4) 燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%小于c%，负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子，所以b%＜a%，得到b%＜a%＜c%，故答案为：c＞a＞b；

(5) KClO3在H2SO4存在下与Na2SO3反应，SO32-被氧化成SO42-，由电子、电荷守恒可知该离子反应为2ClO3-+SO32-+2H+═2ClO2+SO42-+H2O。