Question

18．某小組同學設想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀．
（1）X極與電源的正極（填“正”或“負”）極相連，氫氣從C（填“A”、“B”、“C”或“D”）口導出．
（2）離子交換膜只允許一類離子通過，則M為陰離子（填“陰離子”或“陽離子”）
（3）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（石墨為電極），則電池負極的反應式為H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O．
（4）若在標準狀況下制得11.2L氫氣，則生成硫酸的質量是49g，轉移的電子數為6.02×10²³．

Answer 1

分析 （1）（2）目的是用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀，由裝置圖可知，硫酸應在左室得到，KOH在右室得到，左室為陽極室，氫氧根離子放電生成氧氣，M為陰離子交換膜，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入左室，右室為陰極室，氫離子放電生成氫氣，N為陽離子交換膜，鉀離子通過陽離子交換膜進入右室；
（3）將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池（石墨為電極），負極發生氧化反應，氫氣再負極失去電子，堿性條件下生成水；
（4）計算氫氣物質的量，根據H元素化合價變化計算轉移電子，由電子轉移守恒可知，左室發生反應：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，根據電子轉移守恒計算H⁺的物質的量，進而計算算硫酸質量．

解答 解：目的是用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀，由裝置圖可知，硫酸應在左室得到，KOH在右室得到，左室為陽極室，氫氧根離子放電生成氧氣，M為陰離子交換膜，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入左室，右室為陰極室，氫離子放電生成氫氣，N為陽離子交換膜，鉀離子通過陽離子交換膜進入右室．
（1）X為陽極，連接電源的正極，右室生成氫氣，從C口導出，
故答案為：正；C；
（2）由上述分析可知，M為陰離子交換膜，
故答案為：陰離子；
（3）將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池（石墨為電極），負極發生氧化反應，氫氣再負極失去電子，堿性條件下生成水，負極電極反應式為：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（4）生成氫氣物質的量為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，轉移電子為0.5mol×2=1mol，轉移電子數目為6.02×10²³，左室發生反應：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，生成氫離子為1mol，則得到硫酸為$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，故得到硫酸質量為0.5mol×98g/mol=49g，
故答案為：49；6.02×10²³．

點評 本題考查電解原理應用及有關計算，關鍵是根據裝置圖與電解原理判斷陽極與陰極，理解掌握離子放電順序，掌握電化學計算中電子轉移守恒應用．