Question

【題目】有一種節能的氯堿工業新工藝，將電解池與燃料電池相組合，相關流程如圖所示(電極未標出)。回答下列有關問題：

(1)電解池的陰極反應式為_____________。

(2)通入空氣一極的電極反應式為_____________。燃料電池中陽離子的移動方向是_____________ (“從左向右”或“從右向左”)。

(3)電解池中產生 2molCl2，理論上燃料電池中消耗標準狀況下_____________LO2。

(4) a、b、c 由大到小的順序為：_____________。

(5)二氧化氯是目前國際上公認的第四代高效、無毒的廣譜消毒劑，可由 KClO3在H2SO4存在下與 Na2SO3反應制得。請寫出反應的離子方程式_____________

Answer 1

【答案】2H++2e-=H2↑ 正極 從左向右 22.4 c＞a＞ 2ClO3-+SO32-+2H+═2ClO2+SO42-+H2O

【解析】

(1) 電解池中生成氫氣的一端為電解池的陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣；

(2) 燃料電池中燃料在原電池負極失電子發生氧化反應，空氣中氧氣在正極上得到電子生成氫氧根離子，燃料電池中陽離子移向正極；

(3) 依據電解池和原電池中電子守恒計算得到；

(4)燃料電池中正極氧氣得到電子產生OH-，負極氫氣失電子生成氫離子消耗氫氧根離子，再結合離子交換膜的作用分析即可；

(5) 二氧化氯由KClO3在H2SO4存在下與Na2SO3反應制得，則可知反應物、生成物，結合電子守恒、電荷守恒分析。

(1) 電解池中生成氫氣的一端為電解池的陰極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，在氫氧化鈉溶液中，電解池的陰極反應式為；2H++2e-=H2↑；

(2) 燃料電池的工作原理：負極是燃料氫氣發生失電子的氧化反應，即H2-2e-+2OH-=2H2O，正極是氧氣發生得電子得還原反應，即O2+4e-+2H2O=4OH-，銅空氣的電極為正極；原電池中，陽離子交換膜使陽離子通過，陽離子移向正極；

(3) 電解池中產生2mol Cl2，依據電子守恒，O2+4e-+2H2O=4OH-，4Cl--4e-=2Cl2↑，得到2Cl2～O2，計算得到生成氧氣1mol，標準狀況下O2的體積為1mol×22.4L/mol=22.4L；

(4) 燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產生OH-，所以反應后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于c%，負極氫氣失電子生成氫離子消耗氫氧根離子，所以b%＜a%，得到b%＜a%＜c%，故答案為：c＞a＞b；

(5) KClO3在H2SO4存在下與Na2SO3反應，SO32-被氧化成SO42-，由電子、電荷守恒可知該離子反應為2ClO3-+SO32-+2H+═2ClO2+SO42-+H2O。