Question

【題目】（1）某課外活動小組同學用左圖裝置進行實驗，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Na2SO4·10H2O，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，用右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__________(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285.8 kJ·mol－1，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2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑4OH－－4e－===2H2O＋O2↑小于DH＋放電促進水的電離，使OH－濃度增大H2－2e－＋2OH－===2H2O571.6

【解析】

（1）①若開始時開關K與a連接，該裝置構成原電池，發生電化學腐蝕中的吸氧腐蝕；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；（2）①電解時，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，陽極上失電子發生氧化反應；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陰極上氫離子放電，則NaOH在陰極生成；③電解過程中氫離子在陰極得到電子發生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；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；結合燃燒熱方程式及電池反應計算。

（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；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－＋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，陽極電極反應為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；（2）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；（3）電解過程中氫離子在陰極得到電子發生還原反應，破壞了水的電離，溶液中氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高；故答案為：H+放電促進水的電離，使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，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。