Question

6．（1）某課外活動小組同學用1裝置進行實驗，試回答下列問題：

①若開始時開關K與a連接，則鐵發(fā)生電化學腐蝕中的吸氧腐蝕．
②若開始時開關K與b連接，則總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；．
（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2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該電解槽的陰極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑；此時通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于（填“大于”、“小于”或“等于”）通過陰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，則電池正極的電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．已知H₂的燃燒熱為285.8kJ•mol^-1，則該燃料電池工作產(chǎn)生27g H₂O（l）時，理論上有428.7 kJ的能量轉化為電能．

Answer 1

分析 （1）①若開始時開關K與a連接，該裝置構成原電池，發(fā)生電化學腐蝕中的吸氧腐蝕，正極上氧氣發(fā)生還原反應；
②若開始時開關K與b連接時，兩極均有氣體產(chǎn)生，則Fe作陰極，石墨作陽極，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電；
（2）①電解時，溶液中的氫離子的放電能力大于鈉離子的放電能力，陰極上得電子發(fā)生還原反應；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氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負極上氫氣失去電子；結合燃燒熱方程式及電池反應計算．

解答 解：（1）①開關K與a連接，為原電池，NaCl溶液為中性，發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：吸氧；
②K與b連接，為電解池，若開始時開關K與b連接時，兩極均有氣體產(chǎn)生，則Fe作陰極，石墨作陽極，氯離子、氫離子放電，則N為電源負極，電解的總離子反應為2Cl^-+2H₂O 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①電解時，溶液中的氫離子的放電能力大于鈉離子的放電能力，所以陰極上氫離子得電子生成氫氣，陰極電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑；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，通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；大于；
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氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負極上氫氣失去電子，負極反應式為H₂-2e^-+2OH^-=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27g H₂O，n（H₂O）=27/18=1.5mol，由燃燒的熱方程式可知，生成1.5molH₂O放出428.7kJ的熱量，即理論上有428.7kJ的能量轉化為電能，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；428.7．

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，把握電解質(zhì)溶液的酸堿性確定生成的離子或物質(zhì)，題目難度不大．