Question

5．硫化氫（H₂S）是一種有毒的可燃性氣體，用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH═2K₂SO₃+4H₂O．
（1）該電池工作時(shí)正極應(yīng)通入空氣（或氧氣）．
（2）該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為：2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O．
（3）該電池工作時(shí)負(fù)極區(qū)溶液的pH降低（填“升高”“不變”“降低”）
（4）有人提出K₂SO₃可被氧化為K₂SO₄，因此上述電極反應(yīng)式中的K₂SO₃應(yīng)為K₂SO₄，某學(xué)習(xí)小組欲將電池工作一段時(shí)間后的電解質(zhì)溶液取出檢驗(yàn)，以確定電池工作時(shí)反應(yīng)的產(chǎn)物．實(shí)驗(yàn)室有下列試劑供選用，請(qǐng)幫助該小組完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)．
0.01mol•L^-1KMnO₄酸性溶液，1mol•L^-1HNO₃，1mol•L^-1H₂SO₄，1mol•L^-1HCl，
0.1mol•L^-1Ba（OH）₂，0.1mol•L^-1BaCl₂．

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)結(jié)論
①取少量電解質(zhì)溶液于試管中，用pH試紙測(cè)其pH．	→試紙呈深藍(lán)色，經(jīng)比對(duì)溶液的pH約為14，說(shuō)明溶液中有殘余的KOH．
②繼續(xù)加入足量1mol•L-1HCl  溶液，再加入少量0.1mol•L-1BaCl2溶液，振蕩．	→若有白色沉淀產(chǎn)生，則溶液中含有K2SO4． →若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則溶液中沒(méi)有K2SO4．
③另取少量電解質(zhì)溶液于試管中，先加1mol•L-1的H2SO4酸化，再滴入2～3滴0.01mol•L-1KMnO4酸性溶液，振蕩．	→若KMnO4溶液紫紅色褪去，則說(shuō)明溶液中含有K2SO3，若KMnO4溶液紫紅色不褪，則說(shuō)明溶液不含K2SO3

（5）若電池開(kāi)始工作時(shí)每100mL電解質(zhì)溶液含KOH56g，取電池工作一段時(shí)間后的電解質(zhì)溶液20.00mL，加入BaCl₂溶液至沉淀完全，過(guò)濾洗滌沉淀，將沉沉在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，計(jì)算電池工作一段時(shí)間后溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度5.000mol/L．  （結(jié)果保留四位有效數(shù)字，假設(shè)溶液體積保持不變，已知：M（KOH）=56，M（BaSO₄）=233，M（BaSO₃）=217）

Answer 1

分析 用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由總方程式可知，反應(yīng)中S元素化合價(jià)升高，H₂S被氧化，O元素化合價(jià)降低被還原，則通入H₂S的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，負(fù)極反應(yīng)為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，以此解答（1）（2）（3）；
（4）檢驗(yàn)是否含有K₂SO₄，可先加入鹽酸除去K₂SO₃，然后再加氯化鋇檢驗(yàn)，如生成沉淀，則說(shuō)明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有還原性，可用KMnO₄溶液檢驗(yàn)；
（5）將沉淀在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，應(yīng)為BaSO₄的質(zhì)量，可計(jì)算出消耗KOH的物質(zhì)的量，則計(jì)算反應(yīng)后溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由總方程式可知，反應(yīng)中S元素化合價(jià)升高，H₂S被氧化，O元素化合價(jià)降低被還原，則通入H₂S的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，負(fù)極反應(yīng)為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，
（1）由以上分析可知正極通入空氣（或氧氣），故答案為：空氣（或氧氣）；
（2）該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O 或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O，
故答案為：2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O  或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O；
（3）負(fù)極消耗OH^-，則工作一段時(shí)間后溶液pH減小，故答案為：降低；
（4）檢驗(yàn)是否含有K₂SO₄，可先加入足量1mol•L^-1 HCl 除去K₂SO₃，然后再加少量0.1 mol•L^-1 BaCl₂ 檢驗(yàn)，如生成沉淀，則說(shuō)明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有還原性，可用KMnO₄溶液檢驗(yàn)，若KMnO₄溶液紫紅色褪去，則說(shuō)明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫紅色不褪，則說(shuō)明溶液不含K₂SO₃，
故答案為：足量1mol•L^-1 HCl；少量0.1 mol•L^-1 BaCl₂；若KMnO₄溶液紫紅色褪去，則說(shuō)明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫紅色不褪，則說(shuō)明溶液不含K₂SO₃；
（5）由于BaSO₃在空氣中加熱時(shí)轉(zhuǎn)化為BaSO₄，將沉淀在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，應(yīng)為BaSO₄的質(zhì)量，
n（BaSO₄）=$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.0500mol，即n（K₂SO₄）+n（K₂SO₃）=0.0500mol，
$n（KOH）=\frac{20.00}{100.00}×\frac{56g}{56g/mol}-0.05×2=0.1000mol$，
$c（KOH）=\frac{0.1000mol}{0.02000L}=5.000mol•{L^{-1}}$，
故答案為：5.000 mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及原電池、物質(zhì)的檢驗(yàn)和鑒別等知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，為高頻考點(diǎn)，注意把握實(shí)驗(yàn)的原理和原電池的工作原理，難度不大．