Question

【題目】如圖所示三套實驗裝置，分別回答下列問題。

圖1

圖2

圖3

（1）圖1中，① 若開始時開關K與a連接，則該裝置為_____（填裝置名稱），電極A的電極反應式為________________________

②若開始時開關K與b連接，則總反應的離子方程式為___________________

（2）2004年美國圣路易斯大學研制了一種新型的乙醇電池，它用磺酸類質子溶劑，在200°C左右時供電，電池示意如圖2所示：

①______極（填a或b）為電池的正極，電池工作時電子的流向為_________（填a→b或b→a）

②寫出該電池負極的電極反應式________________________________________

（3）用圖3裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀（電解槽內的陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過）。

①該電解槽的陰極反應式為_____________________。

②制得的硫酸溶液從出口__________________________（填“A”、“D”）導出,并簡述原因__________________________(請用化學用語和文字解釋)

Answer 1

【答案】原電池2H2O＋O2＋4e－＝4OH－2H2O＋2Cl-2OH－＋H2↑＋Cl2↑b a→bC2H5OH-12e－+3H2O＝12H++2CO22H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑ 或2H+＋2e－＝H2↑A2H2O-4e－＝4H+＋O2↑,OH－在陽極放電，使水的電離平衡正向移動，c(H+)增大SO42-通過陰離子交換膜進入陽極，和H+結合成硫酸

【解析】

（1）①K與a連接形成原電池反應，發(fā)生吸氧腐蝕，B電極鐵做負極失電子生成亞鐵離子，A電極石墨做正極溶液中氧氣得到電子生成氫氧根離子；

②K與b連接形成電解池，與電源正極相連的A電極為陽極，溶液中氯離子失電子生成氯氣，與電源負極相連的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；

（2）在燃料電池中，燃料在負極發(fā)生失電子的反應，電流在電路中從正極流向負極；

（3）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，電解產生的氫氧化鉀在陰極產生．

（1）①K與a連接形成原電池反應，發(fā)生吸氧腐蝕，A電極石墨做正極溶液中氧氣得到電子生成氫氧根離子，電極反應為：O2+2H2O+4e－=4OH－；

②K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發(fā)生還原反應，氫離子得到電子生成氫氣，即B電極反應為2H＋+2e－=H2↑；電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，電解總反應的離子方程式為 2H2O＋2Cl-2OH－＋H2↑；

（2）①燃料電池中，燃料乙醇在負極發(fā)生失電子的反應，氧氣是在正極上發(fā)生得電子的反應，電流在電路中從正極流向負極，根據(jù)質子移動方向，可以知道b是正極，a是負極；

②該電池負極的電極反應式為：C2H5OH+3H2O-12e－=2CO2+12H＋；

（3）①電解時，陰極上氫離子得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：2H＋+2e－=H2↑；

②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，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，該電極上會產生硫酸，陰極氫離子放電，因此鉀離子向陰極移動，電解產生的氫氧化鉀在陰極生成，所以氫氧化鉀溶液從出口D流出，制得的硫酸溶液從A口流出。即：制得的硫酸溶液從出口A流出，由于陽極2H2O-4e－＝4H+＋O2↑,OH－在陽極放電，使水的電離平衡正向移動，c(H+)增大，SO42-通過陰離子交換膜進入陽極，和H+結合成硫酸。