Question

6．某課外活動(dòng)小組同學(xué)用如圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問題．
（1）若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則B極的電極反應(yīng)Fe-2e^-=Fe²⁺．
（2）開始時(shí)開關(guān)K與b連接，則B極的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（填序號(hào)）BD．
A．溶液中Na⁺向A極移動(dòng)
B．從A極處逸出的氣體能使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)
C．反應(yīng)一段時(shí)間后加適量鹽酸可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度
D．若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24L氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2mol電子
（3）該小組同學(xué)認(rèn)為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖2裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀．
①該電解槽的陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此時(shí)通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于（填“大于”或“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)．
②制得的氫氧化鉀溶液從出口（填寫“A”、“B”、“C”、“D”）D導(dǎo)出．
③通電開始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請簡述原因H⁺放電，促進(jìn)水的電離，OH^-濃度增大．
④若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）若開始時(shí)開關(guān)K與a連，形成原電池裝置，B是負(fù)極；
（2）若開始時(shí)開關(guān)K與b連接，形成電解池裝置，石墨為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，鐵為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧化鈉；
（3）用惰性電極電解硫酸鉀實(shí)質(zhì)時(shí)電解水，陰極氫離子放電生成氫氣，鉀離子通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極生成氫氧化鉀，陽極氫氧根放電生成氧氣，硫酸根通過陰離子膜進(jìn)入陰極區(qū)得到硫酸；氫氧燃料電池，正極氧氣得到電子，在堿性溶液中生成氫氧根．

解答 解：（1）若開始時(shí)開關(guān)K與a連，形成原電池裝置，B是負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即Fe-2e^-=Fe²⁺，故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（2）B極的電極反應(yīng)開關(guān)K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子得到電子生成氫氣，即B電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑；電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
A、電解過程中陽離子向陰極移動(dòng)，B為陰極，故錯(cuò)誤；
B、A生成氯氣，能使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)，故正確；
C、反應(yīng)一段時(shí)間后加適量HCl氣體，可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度，不是加入鹽酸，故錯(cuò)誤；
D、若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24L氫氣，為氫氣物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中轉(zhuǎn)移0.2mol電子，故正確；
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；BD；
（2）上述實(shí)驗(yàn)反應(yīng)一小段時(shí)間后，再把開關(guān)K與a連接，A極有氯氣，形成原電池反應(yīng)，A為正極，氯氣得電子被還原，B為負(fù)極，鐵被氧化生成氫氧化鐵，電極方程式為Fe-3e^-+3OH^-=Fe（OH）₃↓，故答案為：Fe-3e^-+3OH^-=Fe（OH）₃↓；
（3）①電解時(shí)，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，所以陽極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；陽極氫氧根離子放電，因此硫酸根離子向陽極移動(dòng)，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動(dòng)，所以通過相同電量時(shí)，通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過陽離子交換膜的離子數(shù)，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②陰極氫離子放電，氫氧根離子濃度增大，鉀離子向陰極移動(dòng)，所以氫氧化鉀在陰極生成，故答案為：D；
③陰極氫離子放電，使水的電離平衡右移，氫氧根濃度增大，故答案為：H⁺放電，促進(jìn)水的電離，OH^-濃度增大；
④燃料電池正極氧氣得到電子，與水生成氫氧根，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評 本題考查了原電池和電解池原理，為高頻考點(diǎn)，注意裝置的判斷及燃料原電池電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)的書寫，理解電解質(zhì)溶液的酸堿性確定生成的離子或物質(zhì)，題目難度中等．