Question

【題目】如圖所示三套實(shí)驗(yàn)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(shí)開關(guān)K與a連接，則該裝置為_____（填裝置名稱），電極A的電極反應(yīng)式為________________________

②若開始時(shí)開關(guān)K與b連接，則總反應(yīng)的離子方程式為___________________

（2）2004年美國(guó)圣路易斯大學(xué)研制了一種新型的乙醇電池，它用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200°C左右時(shí)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(shí)電子的流向?yàn)?/span>_________（填a→b或b→a）

②寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式________________________________________

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

①該電解槽的陰極反應(yīng)式為_____________________。

②制得的硫酸溶液從出口__________________________（填“A”、“D”）導(dǎo)出,并簡(jiǎn)述原因__________________________(請(qǐng)用化學(xué)用語(yǔ)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(yáng)極放電，使水的電離平衡正向移動(dòng)，c(H+)增大SO42-通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極，和H+結(jié)合成硫酸

【解析】

（1）①K與a連接形成原電池反應(yīng)，發(fā)生吸氧腐蝕，B電極鐵做負(fù)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(yáng)極，溶液中氯離子失電子生成氯氣，與電源負(fù)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(fù)極發(fā)生失電子的反應(yīng)，電流在電路中從正極流向負(fù)極；

（3）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(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電解產(chǎn)生的氫氧化鉀在陰極產(chǎn)生．

（1）①K與a連接形成原電池反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)，氫離子得到電子生成氫氣，即B電極反應(yīng)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(yīng)的離子方程式為 2H2O＋2Cl-2OH－＋H2↑；

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

②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：C2H5OH+3H2O-12e－=2CO2+12H＋；

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

②陽(yáng)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，陽(yáng)極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH－-4e－=2H2O+O2↑，陽(yáng)極氫氧根離子放電，因此硫酸根離子向陽(yáng)極移動(dòng)，該電極上會(huì)產(chǎn)生硫酸，陰極氫離子放電，因此鉀離子向陰極移動(dòng)，電解產(chǎn)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(yáng)極2H2O-4e－＝4H+＋O2↑,OH－在陽(yáng)極放電，使水的電離平衡正向移動(dòng)，c(H+)增大，SO42-通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極，和H+結(jié)合成硫酸。