Question

4．活动课上学生们根据如图一所示装置进行实验．

（1）在图一中将a、b接上直流电的两极，U形管内可观察到的现象是两个电极上都会产生气泡，阴极生成氢氧化镁白色沉淀，电解氯化镁溶液的化学方程式为MgCl_2，2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑+Cl₂↑一段时间，待注射器中收集到-定量的气体后断开电源，再用一根导线将a、b连接，此时装置内化学能转化为电能．实现能量转化的化学方程式为H₂+Cl₂=2HCl
（2）图二所示为甲烷燃料电池，该电池的电解质溶液为H₂SO₄溶液，写出该电池总反应的化学方程式为CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O
（3）电解原理在污水处理中有广泛应用．例如可用图三装置将电解电池中的硝酸根离子转化为氮气，在图三中将K闭合后，高分子电解膜中的H⁺反应移向D电极（填D或E）：D极的电极反应为2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

Answer 1

分析 （1）将a、b接上直流电的两极，为电解池装置，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化镁沉淀，待注射器中收集到-定量的气体后断开电源，再用一根导线将a、b连接，此时装置是燃料电池装置，据此回答；
（2）燃料电池的总反应是染料燃烧的过程；
（3）硝酸根离子转化为氮气的过程发生在电解池的阴极上，D是阴极，E是阳极，根据电解池的工作原理来回答．

解答 解：（1）将a、b接上直流电的两极，为电解池装置，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化镁沉淀，即：MgCl_2，2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑+Cl₂↑，待注射器中收集到-定量的气体后断开电源，再用一根导线将a、b连接，此时装置是氢气和氯气构成的燃料电池装置，化学方程式为H₂+Cl₂=2HCl，故答案为：两个电极上都会产生气泡，阴极生成氢氧化镁白色沉淀；MgCl_2，2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑+Cl₂↑；H₂+Cl₂=2HCl；
（2）在CH₄燃料电池中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，在酸性环境下总反应式为CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，
故答案为：为CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O；
（3）硝酸根离子转化为氮气的过程发生在电解池的阴极上，D是阴极，E是阳极，高分子电解膜中的H⁺反应移向阴极，即移向D电极，D极的电极反应为
2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，故答案为：D；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，正确判断原电池和电解池是解本题关键，难点是电极反应式的书写，难度中等．