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，相关流程如图所示（电极未标出）：回答下列有关问题：

（1）燃料电池的正极反应式为

 

；燃料电池中阳离子的移动方向

 

（“从左向右”或“从右向左”）．
（2）电解池中阳离子交换膜的作用（写出两点）

 

（3）电解池中产生2mol Cl₂，理论上燃料电池中消耗

 

 mol O₂．
（4）a、b、c的大小关系为：

 

．

Answer 1

考点：电解原理

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；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；
（2）阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过；
（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）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^-，通空气的电极为正极；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：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；从左向右；
（2）阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过，用石墨作电解电解饱和氯化钠时，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气不能通过阳离子交换膜而进入阴极，如果氯气进入阴极易和氢气混合产生爆炸，且易和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠而导致制取的氢氧化钠不纯；
故答案为：防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢氧化钠反应而使产品不纯；防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢气反应遇火反应而引发安全事故；
（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：c＞a＞b．

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．