Question

11．（1）某課外活動(dòng)小組同學(xué)用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問(wèn)題：
①若開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與a連接，則鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕．
②若開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與b連接，則總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（2）芒硝化學(xué)式為Na₂SO₄•10H₂O，無(wú)色晶體，易溶于水，是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物．該小組同學(xué)設(shè)想，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，用如圖2所示裝置電解硫酸鈉溶液來(lái)制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉，無(wú)論從節(jié)省能源還是從提高原料的利用率而言都更加符合綠色化學(xué)理念．
①該電解槽的陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；此時(shí)通過(guò)陰離子交換膜的離子數(shù)小于（填“大于”、“小于”或“等于”）通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)．
②制得的氫氧化鈉溶液從出口（填“A”、“B”、“C”或“D”）D導(dǎo)出．
③通電開(kāi)始后，陰極附近溶液pH會(huì)增大，請(qǐng)簡(jiǎn)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、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．已知H₂的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，則該燃料電池工作產(chǎn)生36g H₂O時(shí)，理論上有571.6 kJ的能量轉(zhuǎn)化為電能．

Answer 1

分析 （1）①若開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與a連接，該裝置是原電池，鋼鐵在弱酸性或中性條件下發(fā)生吸氧腐蝕，在強(qiáng)酸性條件下發(fā)生析氫腐蝕；
②若開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與b連接，該裝置是電解池，石墨作陽(yáng)極、Fe作陰極，陽(yáng)極上氯離子放電、陰極上水得電子生成氫氣同時(shí)生成氫氧根離子；
（2）①該電解槽的陽(yáng)極上水失電子生成氧氣和氫離子；陰離子交換膜的離子是氫氧根離子、通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子是鈉離子，根據(jù)電荷守恒判斷；
②陰極上水得電子生成氫氣和OH^-，則生成的NaOH應(yīng)該在陰極附近；
③通電開(kāi)始后，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，導(dǎo)致溶液堿性增強(qiáng)；
④氫氧燃料堿性電池中，電池負(fù)極上氫氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水；
H₂的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，n（H₂O）=$\frac{36g}{18g/mol}$=2mol，根據(jù)氫原子守恒知，生成2mol水需要2mol氫氣，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)熱．

解答 解：（1）①開(kāi)關(guān)K與a連接，為原電池，NaCl溶液為中性，發(fā)生吸氧腐蝕，故答案為：吸氧；
②K與b連接，為電解池，若開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與b連接時(shí)，F(xiàn)e作陰極，石墨作陽(yáng)極，氯離子、氫離子放電，電解的總離子反應(yīng)為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①電解時(shí)，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，所以陽(yáng)極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；陽(yáng)極氫氧根離子放電，因此硫酸根離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動(dòng)，所以通過(guò)相同電量時(shí)，通過(guò)陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②氫氧化鈉在陰極生成，所以在D口導(dǎo)出；故答案為：D；
③通電開(kāi)始后，陰極上氫離子放電生成氫氣，氫離子來(lái)自于水，所以促進(jìn)水的電離，導(dǎo)致溶液中氫氧根離子的濃度大于氫離子的濃度，所以溶液的pH值增大．
故答案為：H⁺放電，促進(jìn)水的電離，OH^-濃度增大；
④氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負(fù)極上氫氣失去電子和氫氧根離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，H₂的燃燒熱為285.8kJ/mol，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol，該燃料電池工作產(chǎn)生36g H₂O，n（H₂O）=$\frac{36g}{18g/mol}$=2mol，由燃燒的熱方程式可知，生成2molH₂O放出571.6kJ的熱量，即理論上有571.6kJ的能量轉(zhuǎn)化為電能，
故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；571.6

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理及金屬腐蝕與防護(hù)，為高頻考點(diǎn)，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書(shū)寫(xiě)，易錯(cuò)點(diǎn)是（2）①判斷通過(guò)交換膜陰陽(yáng)離子個(gè)數(shù)相對(duì)大小，要結(jié)合電荷守恒判斷．