Question

17．（1）某课外活动小组同学用图1装置（M、N为外电源的两个电极）进行实验，试回答下列问题：

①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀．请写出正极反应式：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②若开始时开关K与b连接时，两极均有气体产生，则铁电极为阴极（填“阴”或“阳”），该电极上发生的电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑，总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（2）该小组同学设想，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠．
①B出口导出的气体是O₂，制得的氢氧化钠溶液从出口D（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出．通过阴离子交换膜的离子数＜（填“＞”、“＜”或“=”）通过阳离子交换膜的离子数．
②氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，该电池的负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①开始时开关K与a连接形成原电池反应，发生吸氧腐蚀，B电极铁做负极失电子生成亚铁离子，A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子；
②开始时开关K与b连接形成电解池，与电源正极相连的A电极为阳极，溶液中氯离子失电子生成氯气，与电源负极相连的B电极为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气；
（2）①阳极氢氧根离子失电子生成氧气；阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成；根据阴阳离子的移动方向，通过相同电量时，阴阳离子交换的个数判断；
②氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子．

解答 解：（1）①开始时开关K与a连接形成原电池反应，发生吸氧腐蚀，A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：吸氧；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②开关K与b连接，装置为电解池，铁为阴极，发生还原反应，氢离子得到电子生成氢气，即B电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①阳极氢氧根离子失电子生成氧气，则B出口导出的气体是O₂；阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成，由图可知，D在阴极附近，制得的氢氧化钠溶液从D出口导出；阳极氢氧根离子放电，因此硫酸根离子向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数，
故答案为：O₂；D；＜；
②氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子生成水，负极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，注意装置的判断及原电池电极反应式和电解反应的书写，把握电解质溶液的酸碱性确定生成的离子或物质，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力．