Question

【題目】（1）某課外活動小組同學用如圖裝置進行實驗，試回答下列問題：

①若開關K與a連接，則鐵發生電化學腐蝕中的_____腐蝕，石墨電極上的電極反應式為_____。

②若開關K與b連接，則電解反應的化學方程式為_____。

（2）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，用如下圖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_____（選填“大于”、“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數。

②通電開始后，陰極附近溶液pH_____（選填“增大”、“不變”或“減小”）。

③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285.8 kJ/mol，則該燃料電池工作產生36 g 液態H2O時，理論上有_____kJ的能量轉化為電能。

Answer 1

【答案】 吸氧 O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 2NaCl＋2H2O=2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑ 小于 增大 H2－2e-＋2OH-＝2H2O 571.6

【解析】(1)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-，為鐵的吸氧腐蝕；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，電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，總反應式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；故答案為：2NaCl+2H2O2NaOH+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：增大；

③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，負極反應式為：H2-2e-+2OH-=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：H2-2e-+2OH-=2H2O；571.6。