Question

8．工業上電解制燒堿的技術是用離子交換膜法，主要原料是飽和食鹽水．圖為離子交換膜法電解原理示意圖：
請回答下列問題：
（1）電解槽中部的陽離子交換膜把電解槽隔成了陰極室和陽極室，這種陽離子交換膜，只允許溶液中的④⑤通過（填寫下列微粒的編號）．
①H₂，②Cl₂，③Cl^-，④H⁺，⑤Na⁺，⑥OH^-．
（2）B極為電解槽的陰極，電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂↑．
（3）若用堿性氫氧燃料電池給予上述電解槽供電，燃料電池的正極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-； 如果每小時能產生標準狀況下的氯氣V L，則每小時至少向燃料電池中輸入氧氣的物質的量（理論計算）$\frac{V}{44.8}$ mol．
（4）若將標準狀況下13.44L的陽極氣體通入熱的氫氧化鈉溶液中，反應中只有一種元素的化合價發生改變，得到了兩種含氯化合物，其中還原產物與氧化產物物質的量之比為5：1，寫出該反應的離子方程式3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）陽離子交換膜只允許陽離子通過，而陰離子不能通過；
（2）電解時，陽離子向陰極移動，由離子的定向移動可判斷電極；
（3）燃料電池中氧氣得到電子在堿性溶液中生成氫氧根離子，依據電子守恒和電極反應計算2Cl^--2e^-═Cl₂↑，O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，電子守恒得到O₂～2Cl₂；
（4）氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、氯酸鈉和水．

解答 解：（1）陽離子交換膜只允許陽離子鈉離子通過，而陰離子氫氧根和氯離子均不能通過，
故答案為：④⑤；
（2）電解池中和電源的正極相連的是電解池的陽極，所以A極為電解槽的陽極，氯離子發生失電子的氧化反應，即2Cl^--2e^-═Cl₂↑，B為電解池的陰極，電極反應為：2 H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：陰；2 H⁺+2e^-═H₂↑；
（3）燃料電池中氧氣得到電子在堿性溶液中生成氫氧根離子，電極反應為：O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，如果每小時能產生標準狀況下的氯氣V L，依據電子守恒和電極反應計算2Cl^--2e^-═Cl₂↑，O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-，電子守恒得到O₂～2Cl₂，則每小時至少向燃料電池中輸入氧氣的物質的量=$\frac{V}{44.8}$mol，
故答案為：O₂+4e^-+2 H₂O═4 OH^-；$\frac{V}{44.8}$；
（4）氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、氯酸鈉和水，反應中Cl元素的化合價由0價升高到+5價，還原產物與氧化產物物質的量之比為5：1，所以方程式為：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O，
故答案為：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O．

點評 本題考查了電解原理，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，明確離子交換膜的作用及陰陽極上發生的反應是解本題關鍵，題目難度中等．