Question

2．芒硝化學式為Na₂SO₄•10H₂O，無色晶體，易溶于水，是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物．該小組同學設想如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，用如圖所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉，無論從節(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理念．
①該電解槽的陽極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)＜（填“＞”、“＜”或“=”）通過陽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導出．
③通電開始后陰極附近溶液pH會增大 （填“增大”、“減小”或“不變”）．
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．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時理論上有571.6kJ的能量轉化為電能．

Answer 1

分析 ①電解時，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，陽極上失電子發(fā)生氧化反應；根據(jù)陰陽離子的移動方向，通過相同電量時，陰陽離子交換的個數(shù)判斷；
②陰極上氫離子放電，則NaOH在陰極生成；
③電解過程中氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；
④結合燃燒熱方程式及電池反應計算．

解答 解：①電解時，陽極上失電子發(fā)生氧化反應，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，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動，所以通過相同電量時，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↑；＜；
②陰極上氫離子放電，則NaOH在陰極生成，由圖可知，D在陰極附近，制得的氫氧化鈉溶液從D出口導出，故答案為：D；
③電解過程中氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；
故答案為：增大；
④H₂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的能量轉化為電能；
故答案為：571.6．

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