Question

17．（1）某課外活動小組同學用圖1裝置（M、N為外電源的兩個電極）進行實驗，試回答下列問題：

①若開始時開關K與a連接，則鐵發生電化學腐蝕中的吸氧腐蝕．請寫出正極反應式：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②若開始時開關K與b連接時，兩極均有氣體產生，則鐵電極為陰極（填“陰”或“陽”），該電極上發生的電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂↑，總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（2）該小組同學設想，用如圖2所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉．
①B出口導出的氣體是O₂，制得的氫氧化鈉溶液從出口D（填“A”、“B”、“C”或“D”）導出．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氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液又可制成燃料電池，該電池的負極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①開始時開關K與a連接形成原電池反應，發生吸氧腐蝕，B電極鐵做負極失電子生成亞鐵離子，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；
（2）①陽極氫氧根離子失電子生成氧氣；陰極上氫離子放電，則NaOH在陰極生成；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氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負極上氫氣失去電子．

解答 解：（1）①開始時開關K與a連接形成原電池反應，發生吸氧腐蝕，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：吸氧；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\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①陽極氫氧根離子失電子生成氧氣，則B出口導出的氣體是O₂；陰極上氫離子放電，則NaOH在陰極生成，由圖可知，D在陰極附近，制得的氫氧化鈉溶液從D出口導出；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：O₂；D；＜；
②氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負極上氫氣失去電子生成水，負極反應式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，注意裝置的判斷及原電池電極反應式和電解反應的書寫，把握電解質溶液的酸堿性確定生成的離子或物質，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力．