Question

3．某課外活動小組用如圖1所示裝置進行實驗，請回答下列問題：

（1）若開始實驗時開關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，下列說法正確的是①③（填序號）．
①從A極處逸出的氣體能使濕潤淀粉KI試紙變藍
②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
③若標準狀況下B極產生22.4L氣體，則溶液中轉移0.2mol電子
（3）根據氯堿工業原理用如圖2所示裝置電解K₂SO₄溶液．
①該電解槽的陽極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，通過陰離子交換膜的離子數＜（填“＞”、”=”或“＜”）通過陽離子交換膜的離子數．
②圖中a、b、c、d分別表示有關溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序為b＜a＜c＜d．
③電解一段時間后，B口與C口產生氣體的質量比為8：1．

Answer 1

分析 （1）若開始實驗時開關K與a連接，鐵為負極，發生鐵的吸氧腐蝕；
（2）若開始時開關K與b連接時，兩極均有氣體產生，則Fe作陰極，石墨作陽極，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電，據此回答．
（3）①電解硫酸鉀溶液，陽極發生氧化反應，OH^-被氧化生成O₂；SO₄^2-通過陰離子交換膜向陽極移動，鉀離子通過陽離子交換膜向陰極移動；
②OH^-被氧化，陽極生成H⁺和O₂，pH減小，陰極發生還原反應生成H₂和OH^-，pH增大；
③B口生成氧氣，C生成氫氣．

解答 解：（1）開始時開關K與a連接，是原電池，鐵為負極，發生氧化反應，失去電子生成亞鐵離子，電極方程式為Fe-2e^-=Fe²⁺，A極上氧氣得電子被還原，電極方程式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）K與b連接，為電解池，若開始時開關K與b連接時，兩極均有氣體產生，則Fe作陰極，石墨作陽極，氯離子、氫離子放電，電解的總離子反應為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①從A電極逸出的氣體是氯氣，能使濕潤的KI淀粉試紙變藍，故正確；
②電解的總離子反應為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，反應一段時間后通入HCl可恢復到電解前電解質的濃度，故錯誤；
③若標準狀況下B電極產生2.24L即0.1mol氫氣氣體，則溶液中轉移0.2mol電子，故正確．
故答案為：①③；
（3）①電解硫酸鉀溶液，陽極發生氧化反應，OH^-被氧化生成O₂，電極方程式為，SO₄^2-通過陰離子交換膜向陽極移動，鉀離子通過陽離子交換膜向陰極移動，由電荷守恒知鉀離子數目大于硫酸根離子數目，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；＜；
②OH^-被氧化，陽極生成H⁺和O₂，pH減小，陰極發生還原反應生成H₂和OH^-，pH增大，則pHb＜a＜c＜d，故答案為：b＜a＜c＜d；
③B口生成氧氣，C生成氫氣，物質的量之比為1：2，則質量之比為32：4=8：1，故答案為：8：1．

點評 本題考查原電池和電解池知識，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力和電化學知識的綜合運用，注意把握電極的判斷和電極方程式的書寫，為解答該題的關鍵，結合兩極轉移電離相等計算，難度中等．