Question

14．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2H₂O+2Cl^-═Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（填序號(hào)）②
①溶液中Na⁺向A極移動(dòng)
②從A極處逸出的氣體能使?jié)駶橩I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^-=O₂↑+2H₂O．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）若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則形成原電池反應(yīng)，為鐵的吸氧腐蝕；
（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；
①溶液中Na⁺向陰極移動(dòng)
②氯離子在陽極失電子生成氯氣；
③根據(jù)電解時(shí)溶液中減少的元素分析；
④電子不在溶液中移動(dòng)；
（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，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)陰陽離子的移動(dòng)方向，通過相同電量時(shí)，陰陽離子交換的個(gè)數(shù)判斷；
②電解時(shí)，陽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，是原電池，鐵為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子生成亞鐵離子，電極方程式為Fe-2e^-=Fe²⁺，A極上氧氣得電子被還原，電極方程式為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，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，A是陽極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)是：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
①溶液中Na⁺向陰極移動(dòng)，B為陰極，則溶液中Na⁺向B極移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
②氯離子在陽極失電子生成氯氣，即氯氣在A極生成，所以從A極處逸出的氣體能使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)，故正確；
③由電解方程式：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑可知，電解時(shí)溶液中減少的是H、Cl元素，所以反應(yīng)一段時(shí)間后加適量HCl氣體可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度，故錯(cuò)誤；
④電子只能在導(dǎo)線中移動(dòng)，不在溶液中移動(dòng)，故錯(cuò)誤．
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②；
（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電解時(shí)，陽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，
故答案為：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) 本題綜合考查原電池和電解池的有關(guān)知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和電化學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，注意解題時(shí)要注意分析電極反應(yīng)及生成物，題目難度中等．