Question

9．如圖是以鉛蓄電池為電源，模擬氯堿工業電解飽和食鹽水的裝置圖（C、D均為石墨電極）．
已知：鉛蓄電池在放電時發生下列電極反應：
負極Pb+SO₄^2--2e^-═PbSO₄
正極PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-═PbSO₄+2H₂O
（1）請寫出電解飽和食鹽水的化學方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
（2）若在電解池中C極一側滴酚酞試液，電解一段時間后未呈紅色，說明鉛蓄電池的A極為正極．
（3）用鉛蓄電池電解1L飽和食鹽水（食鹽水足量、密度為1.15g/cm³）時，
①若收集到11.2L（標準狀況下）氯氣，則至少轉移電子1mol．
②若鉛蓄電池消耗H₂SO₄2mol，則可收集到H₂的體積（標準狀況下）為22.4L．
③若消耗硫酸a mol，電解后除去隔膜，所得溶液中NaOH的質量分數表達式為（假設氯氣全部排出）$\frac{80a}{2300-73a}$×100%（用含a的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）電解食鹽水生成NaOH、氫氣、氯氣；
（2）在電解池中C極一側滴酚酞試液，電解一段時間后未呈紅色，可知C為陽極；
（3）①標準狀況下11.2 L Cl₂的物質的量是$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5 mol，結合化合價計算轉移電子；
②結合Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O～2 e^-～2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑計算；
③消耗a mol H₂SO₄，轉移a mol電子，生成H₂、Cl₂、NaOH的物質的量分別為$\frac{a}{2}$mol、$\frac{a}{2}$mol、a mol，以此計算．

解答 解：（1）電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（2）C極一側滴酚酞試液不變紅色，說明該極無OH^-生成，C極是陽極，故A是正極，故答案為：正；
（3）①標準狀況下11.2 L Cl₂的物質的量是0.5 mol，每生成1 mol Cl₂轉移2 mol e^-，故收集到11.2L（標準狀況下）氯氣，則至少轉移電子為1 mol e^-，
故答案為：1；
②鉛蓄電池放電的總反應為Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，每消耗2 mol H₂SO₄，轉移2 mol e^-，可生成1 mol H₂，標準狀況時，H₂的體積為1mol×22.4L/mol=22.4 L，
故答案為：22.4；
③Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O～2 e^-～2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，消耗a mol H₂SO₄，轉移a mol電子，生成H₂、Cl₂、NaOH的物質的量分別為$\frac{a}{2}$mol，$\frac{a}{2}$mol，a mol，故ω（NaOH）=$\frac{40a}{1000×1.15-\frac{a}{2}（71+2）}$×100%=$\frac{80a}{2300-73a}$×100%，故答案為：$\frac{80a}{2300-73a}$×100%．

點評 本題考查原電池及電解池的應用，為高頻考點，把握發生的電解反應、物質的量關系為解答的關鍵，注意電解中電子守恒的應用，題目難度不大．