Question

19．某课外活动小组同学用图1装置进行实验，试回答下列问题．

（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑，总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
有关上述实验，下列说法正确的是（填序号）②④
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度（饱和食盐水足量）
④若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（3）该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾．
①该电解槽的阳极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此时通过阴离子交换膜的离子数小于（填“大于”或“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②制得的硫酸溶液从出口（填写“A”、“B”、“C”、“D”）A导出．
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大．
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）开始时开关K与a连接形成原电池反应，B电极铁做负极失电子生成亚铁离子，发生氧化反应，A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子；
（2）开始时开关K与b连接形成电解池，与电源正极相连的A电极为阳极，溶液中氯离子失电子生成氯气，与电源负极相连的B电极为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气；
①电解过程中阳离子向阴极移动；
②A电极为阳极，从A极处逸出的气体是氯气；
③恢复到电解前电解质的浓度，”出什么加什么“的原则分析；
④B极是电解池的阴极，标准状况下产生2.24L气体为氢气物质的量为0.1mol，依据电极反应计算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中转移0.2mol电子
（3）①电解时，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，阳极上失电子发生氧化反应；根据阴阳离子的移动方向，通过相同电量时，阴阳离子交换的个数判断．
②电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，同时溶液中产生硫酸，气体从上口放出；
③电解时，阴极上由水电离出的氢离子放电，则氢氧根离子剩余，导致溶液呈碱性；
④燃料原电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应，写出相应的电极反应式，注意结合电解质溶液的酸碱性书写．

解答 解：（1）开始时开关K与a连接形成原电池反应，A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）开关K与b连接，装置为电解池，铁为阴极，发生还原反应，氢离子得到电子生成氢气，即B电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①电解过程中阳离子向阴极移动，B为阴极，故①错误；
②A生成氯气，能使湿润KI淀粉试纸变蓝，故②正确；
③反应一段时间后加适量HCl气体，可恢复到电解前电解质的浓度，不是加入盐酸，故③错误；
④若标准状况下B极产生2.24L氢气，为氢气物质的量为0.1mol，依据电极反应计算，由2H⁺+2e^-=H₂↑得到溶液中转移0.2mol电子，故④正确；
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②④；
（3）①电解时，阳极上失电子发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；阳极氢氧根离子放电，因此硫酸根离子向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数．
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，同时溶液中产生硫酸，气体从上口B放出，则硫酸从A口流出，故选A；
③电解时，阴极上由水电离出的氢离子放电，则氢氧根离子剩余，导致溶液碱性增强，
故答案为：H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大；
④燃料原电池中，燃料在负极上失电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，该燃料原电池中，氧气是氧化剂，所以氧气在正极上得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，难度不大，注意燃料原电池电极反应式的书写时，要根据电解质溶液的酸碱性确定生成的离子或物质．