Question

4．膜技術原理在化工生產中有著廣泛的應用．有人設想利用電化學原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N₂O₅，裝置圖如圖．

（1）A裝置是原電池． （填“原電池”或“電解池”）．
（2）N₂O₅在B池的c極（填“c極”或“d極”）區生成，其電極反應式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺．
（3）A裝置中通入O₂一極的電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（4）若A裝置中通入SO₂的速率為2.24L•min^-1（標準狀況），為穩定持續生產，硫酸溶液的濃度應維持不變，則左側水的流入速率應為13.6mL•min^-1．

Answer 1

分析 （1）A裝置能自發的進行氧化還原反應且沒有外接電源；
（2）與電源的正極相連的電極為陽極，N₂O₄在陽極失電子生成N₂O₅；
（3）通入O₂一極是原電池的正極，氧氣得電子生成水；
（4）電池的負極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，根據方程式計算，注意硫酸的濃度不變．

解答 解：（1）A裝置能自發的進行氧化還原反應且沒有外接電源，所以是原電池，
故答案為：原電池；
（2）與電源的正極相連的電極為陽極，c極與正極相連為陽極，N₂O₄在陽極失電子生成N₂O₅，電極反應式為：N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺；
故答案為：c極；N₂O₄+2HNO₃-2e^-═2N₂O₅+2H⁺；
（3）通入O₂一極是原電池的正極，電極反應式為：O₂-4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂-4e^-+4H⁺=2H₂O；
（4）電池的負極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，1min內n（SO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗水0.2mol，生成硫酸的質量為：0.1mol×98g/mol=9.8g，消耗水的質量為：0.2mol×18g/mol=3.6g，向右側正極區定向移動0.2mol，即0.2g H⁺，
設1min內通入xmLH₂O，
則有：$\frac{9.8g}{9.8g+x×1g/mol-3.6g-0.2g}$×100%=50%
x=13.6mL/min，
故答案為：13.6．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，根據是否自發進行判斷原電池和電解池，再結合各個電極上發生的電極反應分析解答，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等，側重于考查學的分析能力和計算能力．