Question

已知有一种节能的氯碱工业新工艺，将电解池和燃料电池相组合，相关流程如下图所示（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）通入空气的电极为

 

，燃料电池中阳离子的移动方向

 

（“从左向右”或“从右向左”）．
（3）电解池中产生2mol Cl₂，理论上燃料电池中消耗

 

 molO₂．
（4）a、b、c的大小关系为：

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

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；
（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b%，可知NaOH浓度增大；依据滴定实验分析玻璃仪器．

解答： 解：（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2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
故答案为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
（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；
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；从左向右；
（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；
故答案为：1；
（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：b＜a＜c．

点评：本题考查原电池、电解池原理应用，电极判断和电极反应书写，注意电极反应的环境判断书写产物，题目难度中等．