Question

8．工业上电解制烧碱的技术是用离子交换膜法，主要原料是饱和食盐水．图为离子交换膜法电解原理示意图：
请回答下列问题：
（1）电解槽中部的阳离子交换膜把电解槽隔成了阴极室和阳极室，这种阳离子交换膜，只允许溶液中的④⑤通过（填写下列微粒的编号）．
①H₂，②Cl₂，③Cl^-，④H⁺，⑤Na⁺，⑥OH^-．
（2）B极为电解槽的阴极，电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑．
（3）若用碱性氢氧燃料电池给予上述电解槽供电，燃料电池的正极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-； 如果每小时能产生标准状况下的氯气V L，则每小时至少向燃料电池中输入氧气的物质的量（理论计算）$\frac{V}{44.8}$ mol．
（4）若将标准状况下13.44L的阳极气体通入热的氢氧化钠溶液中，反应中只有一种元素的化合价发生改变，得到了两种含氯化合物，其中还原产物与氧化产物物质的量之比为5：1，写出该反应的离子方程式3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）阳离子交换膜只允许阳离子通过，而阴离子不能通过；
（2）电解时，阳离子向阴极移动，由离子的定向移动可判断电极；
（3）燃料电池中氧气得到电子在碱性溶液中生成氢氧根离子，依据电子守恒和电极反应计算2Cl^--2e^-═Cl₂↑，O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，电子守恒得到O₂～2Cl₂；
（4）氯气和热的氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、氯酸钠和水．

解答 解：（1）阳离子交换膜只允许阳离子钠离子通过，而阴离子氢氧根和氯离子均不能通过，
故答案为：④⑤；
（2）电解池中和电源的正极相连的是电解池的阳极，所以A极为电解槽的阳极，氯离子发生失电子的氧化反应，即2Cl^--2e^-═Cl₂↑，B为电解池的阴极，电极反应为：2 H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案为：阴；2 H⁺+2e^-═H₂↑；
（3）燃料电池中氧气得到电子在碱性溶液中生成氢氧根离子，电极反应为：O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，如果每小时能产生标准状况下的氯气V L，依据电子守恒和电极反应计算2Cl^--2e^-═Cl₂↑，O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，电子守恒得到O₂～2Cl₂，则每小时至少向燃料电池中输入氧气的物质的量=$\frac{V}{44.8}$mol，
故答案为：O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-；$\frac{V}{44.8}$；
（4）氯气和热的氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、氯酸钠和水，反应中Cl元素的化合价由0价升高到+5价，还原产物与氧化产物物质的量之比为5：1，所以方程式为：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O，
故答案为：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O．

点评 本题考查了电解原理，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，明确离子交换膜的作用及阴阳极上发生的反应是解本题关键，题目难度中等．