Question

某课外活动小组同学用如图1装置进行实验，试回答下列问题．

（1）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为

 

，总反应的离子方程式为

 

．有关上述实验，下列说法正确的是（填序号）

 

．
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（2）上述实验反应一小段时间后，再把开关K与a连接，则B极的电极反应式为

 

．
（3）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，则可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾．
①该电解槽的阳极反应式为

 

．此时通过阴离子交换膜的离子数

 

（填”大于”或”小于”或”等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②制得的氢氧化钾溶液从出口

 

（填写“A”、“B”、“C”、“D”）导出．
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因

 

．
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为

 

．
⑤燃料电池所用燃料可以是氢气，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等．液态肼（分子式N₂H₄）可以在氟气中燃烧生成氮气和氟化氢．利用肼、氟气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池负极的电极反应式：

 

．

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）若开始时开关K与b连接，形成电解池装置，石墨为阳极，发生氧化反应生成氯气，铁为阴极，发生还原反应生成氢气和氢氧化钠；
（2）上述实验反应一小段时间后，再把开关K与a连接，B为负极被氧化，A为正极，氯气得电子被还原；
（3）用惰性电极电解硫酸钾实质时电解水，阴极氢离子放电生成氢气，钾离子通过阳离子交换膜进入阴极生成氢氧化钾，阳极氢氧根放电生成氧气，硫酸根通过阴离子膜进入阴极区得到硫酸；氢氧燃料电池，正极氧气得到电子，在碱性溶液中生成氢氧根．

解答： 解：（1）开关K与b连接，装置为电解池，铁为阴极，发生还原反应，氢离子得到电子生成氢气，即B电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①电解过程中阳离子向阴极移动，B为阴极，故①错误；
②A生成氯气，能使湿润KI淀粉试纸变蓝，故②正确；
③反应一段时间后加适量HCl气体，可恢复到电解前电解质的浓度，不是加入盐酸，故③错误；
④若标准状况下B极产生2.24L氢气，为氢气物质的量为0.1mol，依据电极反应计算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中转移0.2mol电子，故④正确；
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②④；
（2）上述实验反应一小段时间后，再把开关K与a连接，A极有氯气，形成原电池反应，A为正极，氯气得电子被还原，B为负极，铁被氧化生成氢氧化铁，电极方程式为Fe-3e^-+3OH^-=Fe（OH）₃↓，故答案为：Fe-3e^-+3OH^-=Fe（OH）₃↓；
（3）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阴极氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，钾离子向阴极移动，所以氢氧化钾在阴极生成，故答案为：D；
③阴极氢离子放电，使水的电离平衡右移，氢氧根浓度增大，故答案为：H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大；
④燃料电池正极氧气得到电子，与水生成氢氧根，电极方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
⑤碱性条件下，负极上肼失电子被氧化生成氮气，电极方程式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

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．