Question

【题目】电解饱和食盐水是氯碱工业基础。

(1)写出电解饱和氯化钠溶液时的总的离子反应方程式：________________________________________。

(2)当阴极产生1molH2时，通过阳离子交换膜的Na+有_________mol；

(3)产生的氯气可用于制TiCl4，但TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO、CO2可使反应得以进行。回答：

已知：TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

①TiO2与Cl2难以直接反应的原因是__________________________________________

②加碳生成CO、CO2后得以进行原因是________________________________________________________

(4)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。

①图中Y是________ (填化学式)；

②写出燃料电池B中负极上发生的电极反应：______________________________________________

③比较图示中氢氧化钠溶液质量分数的大小：a%_______b%（填＞、＝或＜）

Answer 1

【答案】2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑2 △H - TΔS＞0TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1，反应△H＜0，△H - TΔS＜0使反应得以进行H2H2 + 2OH－ -2e- = 2H2O＜

【解析】

（1）电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；

（2）溶液中电荷守恒；

（3）①根据焓判据和熵判据判断反应的方向；

②TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

根据盖斯定律，两式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1；

（4）①根据离子放电原理判断产物；突破口在于B燃料电池这边，通空气一边为正极（还原反应），那么左边必然通H2，这样Y即为H2；

②再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知唯一未知的X必然为Cl2；A中的NaOH进入燃料电池正极再出来，依据O2+4e－+2H2O=4OH－可知NaOH浓度增大．；

③氢氧燃料电池最后产生的是水，溶液稀释。

（1）电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，同时溶液中生成氢氧化钠，所以电解池的总反应为：2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑ ；

（2）当阴极产生1molH2时，溶液中产生2molOH- ，通过阳离子交换膜的Na+有2mol；

（3）①根据焓判据和熵判据判断反应的方向：TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1，反应的△H1>0，ΔS<0，△H - TΔS＞0。
②TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

根据盖斯定律，两式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1，反应△H＜0，△H - TΔS＜0，故反应可自发进行；

（4）①电解饱和食盐水时，阳极上氯离子失电子生成氯气，阴极上氢离子得电子生成氢气，故Y为H2；

②氢氧燃料电池的电解质是碱时，电池总反应式均可表示为：2H2+O2=2H2O，其负极反应表示为：H2 + 2OH－ -2e- = 2H2O；

③由于燃料电池正极发生O2+4e－+2H2O=4OH－，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% 。