Question

已知有一種節(jié)能的氯堿工業(yè)新工藝，將電解池和燃料電池相組合，相關(guān)流程如圖所示（電極未標(biāo)出）：回答下列有關(guān)問(wèn)題：

（1）燃料電池的正極反應(yīng)式為

 

；燃料電池中陽(yáng)離子的移動(dòng)方向

 

（“從左向右”或“從右向左”）．
（2）電解池中陽(yáng)離子交換膜的作用（寫(xiě)出兩點(diǎn)）

 

（3）電解池中產(chǎn)生2mol Cl₂，理論上燃料電池中消耗

 

 mol O₂．
（4）a、b、c的大小關(guān)系為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理

專(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題

分析：（1）電解池中生成氫氣的一端為電解池的陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣；空氣中氧氣在正極上得到電子生成氫氧根離子，燃料電池中陽(yáng)離子移向正極；
（2）陽(yáng)離子交換膜只能陽(yáng)離子通過(guò)，陰離子和氣體不能通過(guò)；
（3）依據(jù)電解池和原電池中電子守恒計(jì)算得到；
（4）燃料電池中的離子膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于b%，可知NaOH濃度增大；依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)分析玻璃儀器．

解答： 解：（1）燃料電池的工作原理：負(fù)極是燃料氫氣發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，正極是氧氣發(fā)生得電子得還原反應(yīng)，即O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，通空氣的電極為正極；原電池中，陽(yáng)離子交換膜使陽(yáng)離子通過(guò)，陽(yáng)離子移向正極；
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；從左向右；
（2）陽(yáng)離子交換膜只能陽(yáng)離子通過(guò)，陰離子和氣體不能通過(guò)，用石墨作電解電解飽和氯化鈉時(shí)，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，氯氣不能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜而進(jìn)入陰極，如果氯氣進(jìn)入陰極易和氫氣混合產(chǎn)生爆炸，且易和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉而導(dǎo)致制取的氫氧化鈉不純；
故答案為：防止陽(yáng)極生成的氯氣與陰極生成的氫氧化鈉反應(yīng)而使產(chǎn)品不純；防止陽(yáng)極生成的氯氣與陰極生成的氫氣反應(yīng)遇火反應(yīng)而引發(fā)安全事故；
（3）電解池中產(chǎn)生2mol Cl₂，依據(jù)電子守恒，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，4Cl^--4e^-=2Cl₂↑，得到2Cl₂～O₂，計(jì)算得到生成氧氣1mol；
故答案為：1；
（4）燃料電池中的離子膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于c%，負(fù)極氫氣失電子生成氫離子消耗氫氧根離子，所以b%＜a%，得到b%＜a%＜c%，
故答案為：c＞a＞b．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池、電解池原理應(yīng)用，電極判斷和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，注意電極反應(yīng)的環(huán)境判斷書(shū)寫(xiě)產(chǎn)物，題目難度中等．