Question

19．某課外活動小組同學用圖1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A極的電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（2）若開始時開關K與b連接，則B極的電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
有關上述實驗，下列說法正確的是（填序號）②④
①溶液中Na⁺向A極移動
②從A極處逸出的氣體能使濕潤KI淀粉試紙變藍
③反應一段時間后加適量鹽酸可恢復到電解前電解質的濃度（飽和食鹽水足量）
④若標準狀況下B極產生2.24L氣體，則溶液中轉移0.2mol電子
（3）該小組同學模擬工業上用離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設想用如圖2裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀．
①該電解槽的陽極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此時通過陰離子交換膜的離子數小于（填“大于”或“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數．
②制得的硫酸溶液從出口（填寫“A”、“B”、“C”、“D”）A導出．
③通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因H⁺放電，促進水的電離，OH^-濃度增大．
④若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）開始時開關K與a連接形成原電池反應，B電極鐵做負極失電子生成亞鐵離子，發生氧化反應，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；
①電解過程中陽離子向陰極移動；
②A電極為陽極，從A極處逸出的氣體是氯氣；
③恢復到電解前電解質的濃度，”出什么加什么“的原則分析；
④B極是電解池的陰極，標準狀況下產生2.24L氣體為氫氣物質的量為0.1mol，依據電極反應計算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中轉移0.2mol電子
（3）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，陽極上失電子發生氧化反應；根據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判斷．
②電解時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，同時溶液中產生硫酸，氣體從上口放出；
③電解時，陰極上由水電離出的氫離子放電，則氫氧根離子剩余，導致溶液呈堿性；
④燃料原電池中，正極上氧化劑得電子發生還原反應，寫出相應的電極反應式，注意結合電解質溶液的酸堿性書寫．

解答 解：（1）開始時開關K與a連接形成原電池反應，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：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\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①電解過程中陽離子向陰極移動，B為陰極，故①錯誤；
②A生成氯氣，能使濕潤KI淀粉試紙變藍，故②正確；
③反應一段時間后加適量HCl氣體，可恢復到電解前電解質的濃度，不是加入鹽酸，故③錯誤；
④若標準狀況下B極產生2.24L氫氣，為氫氣物質的量為0.1mol，依據電極反應計算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中轉移0.2mol電子，故④正確；
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②④；
（3）①電解時，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，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小于通過陽離子交換膜的離子數．
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②電解時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，同時溶液中產生硫酸，氣體從上口B放出，則硫酸從A口流出，故選A；
③電解時，陰極上由水電離出的氫離子放電，則氫氧根離子剩余，導致溶液堿性增強，
故答案為：H⁺放電，促進水的電離，OH^-濃度增大；
④燃料原電池中，燃料在負極上失電子發生氧化反應，氧化劑在正極上得電子發生還原反應，該燃料原電池中，氧氣是氧化劑，所以氧氣在正極上得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，難度不大，注意燃料原電池電極反應式的書寫時，要根據電解質溶液的酸堿性確定生成的離子或物質．