Question

10．如圖所示三套實驗裝置，分別回答下列問題．

（1）圖1中，①若開始時開關K與a連接，則該裝置為原電池（填裝置名稱），電極A的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
②若開始時開關K與b連接，則總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
（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：
①b極（填a或b）為電池的正極，電池工作時電流方向為b→a（填a→b或b→a）
②寫出該電池負極的電極反應式C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺
（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2H⁺+2e^-=H₂↑．
②制得的硫酸溶液從出口A（填“A”、“D”）導出，并簡述原因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（請用化學用語和文字解釋）

Answer 1

分析 （1）①開始時開關K與a連接形成原電池反應，發生吸氧腐蝕，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；
②開始時開關K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，陽極上失電子發生氧化反應，電解產生的氫氧化鉀在陰極產生．

解答 解：（1）①開始時開關K與a連接形成原電池反應，發生吸氧腐蝕，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^-，
故答案為：原電池；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②開關K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發生還原反應，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^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①燃料電池中，燃料乙醇在負極發生失電子的反應，氧氣是在正極上發生得電子的反應，電流在電路中從正極流向負極，根據質子移動方向，可以知道b是正極，a是負極，故答案為：b；b→a；
②該電池負極的電極反應式為：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，故答案為：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
（3）①電解時，陰極上氫離子得電子發生還原反應，電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②陽極上失電子發生氧化反應，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，
故答案為：A；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．

點評 本題考查原電池和電解池知識，題目難度中等，本題注意把握根據電池總反應書寫電極方程式的方法．