Question

10．知識的梳理和感悟是有效學習的方法之一．某學習小組將有關“電解飽和食鹽水”的相關內容進行梳理，形成如下問題（顯示的電極均為石墨）．

（1）圖1中，電解一段時間后，氣球b中的氣體是H₂（填化學式），U形管右（填“左”或“右”）邊的溶液變紅．
（2）利用圖2制作一種環保型消毒液發生器，電解可制備“84”消毒液的有效成分，則c為電源的負極；該發生器中反應的總離子方程式為Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑．
（3）氯堿工業是高耗能產業，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節（電）能30%以上．該工藝的相關物質傳輸與轉化關系如圖3所示（其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過）．
①燃料電池B中的電極反應式分別為：負極2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O，正極O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．
②分析圖3可知，氫氧化鈉的質量分數a%、b%、c%由大到小的順序為b%＞a%＞c%．

Answer 1

分析 （1）圖1中，根據電子流向知，左邊電極是電解池陽極、右邊電極是電解池陰極，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，所以a氣球中氣體是氯氣、b氣球中的氣體是氫氣，同時陰極附近有NaOH生成，溶液呈堿性，無色酚酞遇堿變紅色；
（2）利用圖2制作一種環保型消毒液發生器，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣同時陰極有NaOH生成，氯氣和氫氧化鈉反應生成NaClO，次氯酸鈉具有與漂白性，為了使反應更充分，則下邊電極生成氯氣、上邊電極附近有NaOH生成；
（3）①B是燃料電池，右邊電池中通入空氣、左邊原電池中通入氣體Y，則Y是氫氣，則電解池中左邊電極是陽極、右邊電極是陰極，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電；
原電池中通入氧化劑的電極是正極、通入氫氣的電極是負極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水；
②圖3中電解池中加入的NaOH目的是增大溶液導電性，通入電解后生成氫氧化鈉，所以加入的NaOH濃度小于出來的NaOH濃度；原電池中，正極上生成氫氧化鈉，且其濃度大于加入的氫氧化鈉．

解答 解：（1）圖1中，根據電子流向知，左邊電極是電解池陽極、右邊電極是電解池陰極，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，所以a氣球中氣體是氯氣、b氣球中的氣體是氫氣，同時陰極附近有NaOH生成，溶液呈堿性，無色酚酞遇堿變紅色，所以U形管右邊溶液變紅色，故答案為：H₂；右；
（2）利用圖2制作一種環保型消毒液發生器，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣同時陰極有NaOH生成，氯氣和氫氧化鈉反應生成NaClO，次氯酸鈉具有與漂白性，為了使反應更充分，則下邊電極生成氯氣、上邊電極附近有NaOH生成，上邊電極生成氫氣，為陰極，則c為負極、d為正極；其電池反應式為Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑，故答案為：負；Cl^-+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ClO^-+H₂↑；
（3）①B是燃料電池，右邊電池中通入空氣、左邊原電池中通入氣體Y，則Y是氫氣，則電解池中左邊電極是陽極、右邊電極是陰極，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電，負極、正極反應式為2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O、O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，故答案為：2H₂-4e^-+4OH?^-═4H₂O； O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；
原電池中通入氧化劑的電極是正極、通入氫氣的電極是負極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水；
②圖3中電解池中加入的NaOH目的是增大溶液導電性，通入電解后生成氫氧化鈉，所以加入的NaOH濃度小于出來的NaOH濃度；原電池中，正極上生成氫氧化鈉，且其濃度大于加入的氫氧化鈉，所以氫氧化鈉濃度大小順序是b%＞a%＞c%，故答案為：b%＞a%＞c%．

點評 本題考查電解原理，為高頻考點，明確各個電極上發生的電極反應是解本題關鍵，難點是（3）題氫氧化鈉濃度大小比較及電極反應式的書寫，電極反應式的書寫要結合電解質溶液酸堿性書寫，題目難度不大．