Question

19．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）若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則A極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（2）若開始時(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{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（填序號(hào)）②④
①溶液中Na⁺向A極移動(dòng)
②從A極處逸出的氣體能使?jié)駶?rùn)KI淀粉試紙變藍(lán)
③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（飽和食鹽水足量）
④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)模擬工業(yè)上用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(lái)制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀．
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”或“小于”或“等于”）通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)．
②制得的硫酸溶液從出口（填寫“A”、“B”、“C”、“D”）A導(dǎo)出．
③通電開始后，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）開始時(shí)開關(guān)K與a連接形成原電池反應(yīng)，B電極鐵做負(fù)極失電子生成亞鐵離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，A電極石墨做正極溶液中氧氣得到電子生成氫氧根離子；
（2）開始時(shí)開關(guān)K與b連接形成電解池，與電源正極相連的A電極為陽(yáng)極，溶液中氯離子失電子生成氯氣，與電源負(fù)極相連的B電極為電解池的陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣；
①電解過(guò)程中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)；
②A電極為陽(yáng)極，從A極處逸出的氣體是氯氣；
③恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度，”出什么加什么“的原則分析；
④B極是電解池的陰極，標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生2.24L氣體為氫氣物質(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
（3）①電解時(shí)，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，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向，通過(guò)相同電量時(shí)，陰陽(yáng)離子交換的個(gè)數(shù)判斷．
②電解時(shí)，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，同時(shí)溶液中產(chǎn)生硫酸，氣體從上口放出；
③電解時(shí)，陰極上由水電離出的氫離子放電，則氫氧根離子剩余，導(dǎo)致溶液呈堿性；
④燃料原電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫．

解答 解：（1）開始時(shí)開關(guān)K與a連接形成原電池反應(yīng)，A電極石墨做正極溶液中氧氣得到電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）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\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①電解過(guò)程中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，B為陰極，故①錯(cuò)誤；
②A生成氯氣，能使?jié)駶?rùn)KI淀粉試紙變藍(lán)，故②正確；
③反應(yīng)一段時(shí)間后加適量HCl氣體，可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度，不是加入鹽酸，故③錯(cuò)誤；
④若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24L氫氣，為氫氣物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中轉(zhuǎn)移0.2mol電子，故④正確；
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②④；
（3）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電解時(shí)，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，同時(shí)溶液中產(chǎn)生硫酸，氣體從上口B放出，則硫酸從A口流出，故選A；
③電解時(shí)，陰極上由水電離出的氫離子放電，則氫氧根離子剩余，導(dǎo)致溶液堿性增強(qiáng)，
故答案為：H⁺放電，促進(jìn)水的電離，OH^-濃度增大；
④燃料原電池中，燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，該燃料原電池中，氧氣是氧化劑，所以氧氣在正極上得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池和電解池原理，難度不大，注意燃料原電池電極反應(yīng)式的書寫時(shí)，要根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定生成的離子或物質(zhì)．