Question

18．某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾．
（1）X极与电源的正极（填“正”或“负”）极相连，氢气从C（填“A”、“B”、“C”或“D”）口导出．
（2）离子交换膜只允许一类离子通过，则M为阴离子（填“阴离子”或“阳离子”）
（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），则电池负极的反应式为H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O．
（4）若在标准状况下制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是49g，转移的电子数为6.02×10²³．

Answer 1

分析 （1）（2）目的是用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾，由装置图可知，硫酸应在左室得到，KOH在右室得到，左室为阳极室，氢氧根离子放电生成氧气，M为阴离子交换膜，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室，右室为阴极室，氢离子放电生成氢气，N为阳离子交换膜，钾离子通过阳离子交换膜进入右室；
（3）将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），负极发生氧化反应，氢气再负极失去电子，碱性条件下生成水；
（4）计算氢气物质的量，根据H元素化合价变化计算转移电子，由电子转移守恒可知，左室发生反应：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，根据电子转移守恒计算H⁺的物质的量，进而计算算硫酸质量．

解答 解：目的是用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾，由装置图可知，硫酸应在左室得到，KOH在右室得到，左室为阳极室，氢氧根离子放电生成氧气，M为阴离子交换膜，硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室，右室为阴极室，氢离子放电生成氢气，N为阳离子交换膜，钾离子通过阳离子交换膜进入右室．
（1）X为阳极，连接电源的正极，右室生成氢气，从C口导出，
故答案为：正；C；
（2）由上述分析可知，M为阴离子交换膜，
故答案为：阴离子；
（3）将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），负极发生氧化反应，氢气再负极失去电子，碱性条件下生成水，负极电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（4）生成氢气物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，转移电子为0.5mol×2=1mol，转移电子数目为6.02×10²³，左室发生反应：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，生成氢离子为1mol，则得到硫酸为$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，故得到硫酸质量为0.5mol×98g/mol=49g，
故答案为：49；6.02×10²³．

点评 本题考查电解原理应用及有关计算，关键是根据装置图与电解原理判断阳极与阴极，理解掌握离子放电顺序，掌握电化学计算中电子转移守恒应用．