Question

工业上生产氯气，常用电解槽中电解饱和食盐水，为了避免电解产物之间发生反应，常用阳离子交换膜将电解槽隔成两部分。下图（左图）为电解槽的示意图。
⑴这种阳离子交换膜，只允许溶液中的    通过。(填下列微粒的编号)
①    ②   ③  ④  ⑤  ⑥
⑵写出在电解过程中阳极发生的电极方程式：    。
⑶已知某电解槽每小时加入10%的氢氧化钠溶液10kg，每小时能收集到标况下的氢气896L,而且两边的水不能自由流通。则理论上计算，电解后流出的氢氧化钠溶液的质量分数为    。

⑷某化学课外兴趣小组设计了用电解法制取乙醇钠的工业方法，所用的电解槽如上右图所示，设计要求：①所用的交换膜不能让分子自由通过；②电解过程中消耗的原料是氢氧化钠和乙醇。回答下列问题：
写出在电解过程中阳极发生的电极方程式    。
②最后从乙醇钠的乙醇溶液中分离得到纯净乙醇钠固体的方法是：     。
（5）如图所示的是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，

①如果a极通入H₂，b极通入O₂，NaOH溶液作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：              
②如果a极通入CH₄，b极通入O₂，NaOH作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：    

Answer 1

（1）③⑤; （2）阳极：2Cl^─-2e-=Cl₂； （3）35.7%；
（4）①阳极：4OH^-+4e-=2H₂O+O₂↑；②蒸发结晶
（5） ①H₂+2OH^--2e-=2H₂O ；②CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O

试题分析：⑴这种阳离子交换膜，只允许溶液中的阳离子H⁺、Na⁺通过，所以选项是③⑤; ⑵写出在电解过程中阳极上阴离子放电。由于放电能力Cl^->OH^-，所以在阳极上发生的电极方程式：2Cl^─-2e-=Cl₂；（3）n(H₂)=896L÷22.4L/mol=40mol.及氢气的质量是80g,所以根据电解的方程式：2NaCl＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2NaOH可知会产生80mol的NaOH,其质量是80mol×40g/mol=3200g。溶液增加的质量为增加的钠元素的质量减去生成氢气的质量=2×(896L÷22.4L/mol)× 23g/mol-80g=1760g；溶液中溶质氢氧化钠的质量为10000g×10%+3200g=4200g，溶液的质量为10000g+1760g=11760g，所以电解后流出的氢氧化钠溶液的质量分数为（4200g÷11760g）×100%35.7%；（4）①电解池中和电源的负极相连的是电解池的阴极，阴极上乙醇得电子发生还原反应，即2CH₃CH₂OH+ 2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑在电解过程中阳极上OH^-失去电子被氧化为氧气，发生的电极方程式是4OH^-+ 4e-=2H₂O+O₂↑；②因为乙醇钠是盐，沸点较高，而乙醇是有分子构成的物质，沸点较低，所以最后从乙醇钠的乙醇溶液中分离得到纯净乙醇钠固体的方法是：蒸发结晶。（5）在燃料电池中通入燃料的电极是负极，发生氧化反应，通入空气或氧气的电极为正极，在正极上发生还原反应。①如果a极通入H₂，b极通入O₂，NaOH溶液作电解质溶液，则负极发生的电极方程式是H₂+2OH^--2e-=2H₂O ；②如果a极通入CH₄，b极通入O₂，NaOH作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O