Question

【題目】（1）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，則鐵發生電化學腐蝕中的 腐蝕．

②若開始時開關K與b連接，則總反應的離子方程式為 ．

（2）芒硝化學式為Na2SO410H2O，無色晶體，易溶于水，是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物．該小組同學設想，如果模擬工業上離子交換膜法制燒堿的方法，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，無論從節省能源還是從提高原料的利用率而言都更加符合綠色化學理念．

①該電解槽的陽極反應式為 ；此時通過陰離子交換膜的離子數 （填“大于”、“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數．

②制得的氫氧化鈉溶液從出口（填“A”、“B”、“C”或“D”） 導出．

③通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因：

④若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，則電池負極的電極反應式為 ．已知H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1，則該燃料電池工作產生36g H2O時，理論上有 kJ的能量轉化為電能．

Answer 1

【答案】（1）①吸氧；

②2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑；

（2）①4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2↑；小于；

②D；

③H+放電，促進水的電離，OH﹣濃度增大；

④H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O；571.6

【解析】

試題分析：（1）①若開始時開關K與a連接，該裝置是原電池，鋼鐵在弱酸性或中性條件下發生吸氧腐蝕，在強酸性條件下發生析氫腐蝕；

②若開始時開關K與b連接，該裝置是電解池，石墨作陽極、Fe作陰極，陽極上氯離子放電、陰極上水得電子生成氫氣同時生成氫氧根離子；

（2）①該電解槽的陽極上水失電子生成氧氣和氫離子；陰離子交換膜的離子是氫氧根離子、通過陽離子交換膜的離子是鈉離子，根據電荷守恒判斷；

②陰極上水得電子生成氫氣和OH﹣，則生成的NaOH應該在陰極附近；

③通電開始后，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，導致溶液堿性增強；

④氫氧燃料堿性電池中，電池負極上氫氣失電子和氫氧根離子反應生成水；

H2的燃燒熱為285.8kJmol﹣1，n（H2O）==2mol，根據氫原子守恒知，生成2mol水需要2mol氫氣，據此計算反應熱．

解：（1）①開關K與a連接，為原電池，NaCl溶液為中性，發生吸氧腐蝕，故答案為：吸氧；

②K與b連接，為電解池，若開始時開關K與b連接時，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﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑，

故答案為：2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑；

（2）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氫氧化鈉在陰極生成，所以在D口導出；故答案為：D；

③通電開始后，陰極上氫離子放電生成氫氣，氫離子來自于水，所以促進水的電離，導致溶液中氫氧根離子的濃度大于氫離子的濃度，所以溶液的pH值增大．

故答案為：H+放電，促進水的電離，OH﹣濃度增大；

④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和氫氧根離子反應生成水，電極反應式為H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O，H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，則2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=﹣571.6kJ/mol，該燃料電池工作產生36g H2O，n（H2O）==2mol，由燃燒的熱方程式可知，生成2molH2O放出571.6kJ的熱量，即理論上有571.6kJ的能量轉化為電能，

故答案為：H2+2OH﹣﹣2e﹣=2H2O；571.6