Question

【題目】（1）某課外活動小組同學用左圖裝置進行實驗，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________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

_____________________________________________________________________。

　

（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，用右圖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該電解槽的陽極反應式為__________________。此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)__________(填“大于”、“小于”或“等于”)通過陽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”)________導出。

③通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因：_____________________________________________。

④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，則電池負極的電極反應式為____________。已知H2的燃燒熱為285.8 kJ·mol－1，則該燃料電池工作產(chǎn)生36 g液態(tài)H2O時，理論上有________ kJ的能量轉化為電能。

Answer 1

【答案】吸氧2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑4OH－－4e－===2H2O＋O2↑小于DH＋放電促進水的電離，使OH－濃度增大H2－2e－＋2OH－===2H2O571.6

【解析】

（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；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；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電解過程中氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；④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。

（1）①開始時開關K與a連接形成原電池反應，發(fā)生吸氧腐蝕；②開關K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2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；（2）①電解時，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，所以陽極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣，陽極電極反應為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，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)；（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；（3）電解過程中氫離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；故答案為：H+放電促進水的電離，使OH-濃度增大；（4）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36g H2O，n（H2O）==2mol，由燃燒的熱方程式可知，生成2molH2O放出571.6kJ的熱量，即理論上有571.6kJ的能量轉化為電能。