Question

18．回答下列问题：

（1）如图1所示为氯碱工业的模拟装置．反应的离子方程式是2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
A、B、C、D所对应物质化学式分别为NaCl、H₂O、Cl₂、H₂，每通过0.1mol电子，就有0.1molNa⁺（填离子符号）通过离子交换膜．
（2）在如图2所示实验装置中，石墨棒上的电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；总反应的化学方程式是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Cu+O₂↑．
如果起始时盛有1000mL pH=5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1．若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入氧化铜（或碳酸铜）（填物质名称），其质量约为4g（或6.2g）g．
（3）熔融碳酸盐CO燃料电池工作原理如图3所示，A、B极的电极反应分别是CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂、O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）电解饱和食盐水，生成氢气、氯气和氢氧化钠，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化钠，阳离子向阴极移动，A应补充NaCl，B补充水；
（2）根据电子流向判断铁做阴极，石墨做阳极，溶液中氢氧根离子在阳极失电子发生氧化反应；根据电解硫酸铜溶液的反应特征分析判断恢复溶液浓度；
（3）由于保持电解质熔融液的组成、浓度都不变，而在负极上放电的是CO，故应为CO失电子结合CO₃^2-生成CO₂；正极上放电的是二氧化碳，二氧化碳结合氧气得到电子生成碳酸根离子，原电池工作时，阴离子向负极移动，据此解答．

解答 解：（1）电解饱和食盐水，生成氢气、氯气和氢氧化钠，电解方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化钠，阳离子向阴极移动，A应补充NaCl，B补充水，电解时，阴极生成NaOH，钠离子向以及移动，每通过0.1mol电子，就有0.1molNa⁺，
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；NaCl；H₂O；Cl₂；H₂；Na⁺；
（2）根据电子流动方向知，石墨是阳极、铁电极是阴极，阳极上氢氧根离子放电，石墨电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阴极上铜离子放电生成铜，阳极上析出氧气、阴极上析出铜，所以相当于析出CuO，电池反应式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Cu+O₂↑，pH=1时溶液中氢离子浓度为0.1mol/L，则溶液中n（H₂SO₄）=0.05mol/L×1L=0.05mol，阴极析出n（Cu）=$\frac{0.05mol}{2}$=0.05mol，根据“析出什么加入什么”原则，根据Cu原子守恒知析出m（CuO）=n（Cu）．M（CuO）=0.05mol×80g/mol=4g，也可以加入碳酸铜，其质量=0.05mol×124g/mol=6.2g，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Cu+O₂↑；氧化铜（或碳酸铜）；4g（或6.2g）；   
（3）由于保持电解质熔融液的组成、浓度都不变，而在负极上放电的是CO，故应为CO失电子结合CO₃^2-生成CO₂：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；
正极上放电的是二氧化碳，二氧化碳结合氧气得到电子生成碳酸根离子，电极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-．

点评 本题考查了原电池原理，明确电子流向、各个电极上发生的反应是解本题关键，再结合转移电子守恒、原子守恒进行计算，注意（2）题要使溶液恢复原状也可以加入碳酸铜，为易错点．