Question

【题目】如图所示三套实验装置，分别回答下列问题。

图1

图2

图3

（1）图1中，① 若开始时开关K与a连接，则该装置为_____（填装置名称），电极A的电极反应式为________________________

②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为___________________

（2）2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂，在200°C左右时供电，电池示意如图2所示：

①______极（填a或b）为电池的正极，电池工作时电子的流向为_________（填a→b或b→a）

②写出该电池负极的电极反应式________________________________________

（3）用图3装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。

①该电解槽的阴极反应式为_____________________。

②制得的硫酸溶液从出口__________________________（填“A”、“D”）导出,并简述原因__________________________(请用化学用语和文字解释)

Answer 1

【答案】原电池2H2O＋O2＋4e－＝4OH－2H2O＋2Cl-2OH－＋H2↑＋Cl2↑b a→bC2H5OH-12e－+3H2O＝12H++2CO22H2O＋2e－＝2OH－＋H2↑ 或2H+＋2e－＝H2↑A2H2O-4e－＝4H+＋O2↑,OH－在阳极放电，使水的电离平衡正向移动，c(H+)增大SO42-通过阴离子交换膜进入阳极，和H+结合成硫酸

【解析】

（1）①K与a连接形成原电池反应，发生吸氧腐蚀，B电极铁做负极失电子生成亚铁离子，A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子；

②K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；

（2）在燃料电池中，燃料在负极发生失电子的反应，电流在电路中从正极流向负极；

（3）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，电解产生的氢氧化钾在阴极产生．

（1）①K与a连接形成原电池反应，发生吸氧腐蚀，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－；

②K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 2H2O＋2Cl-2OH－＋H2↑；

（2）①燃料电池中，燃料乙醇在负极发生失电子的反应，氧气是在正极上发生得电子的反应，电流在电路中从正极流向负极，根据质子移动方向，可以知道b是正极，a是负极；

②该电池负极的电极反应式为：C2H5OH+3H2O-12e－=2CO2+12H＋；

（3）①电解时，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H＋+2e－=H2↑；

②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，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，该电极上会产生硫酸，阴极氢离子放电，因此钾离子向阴极移动，电解产生的氢氧化钾在阴极生成，所以氢氧化钾溶液从出口D流出，制得的硫酸溶液从A口流出。即：制得的硫酸溶液从出口A流出，由于阳极2H2O-4e－＝4H+＋O2↑,OH－在阳极放电，使水的电离平衡正向移动，c(H+)增大，SO42-通过阴离子交换膜进入阳极，和H+结合成硫酸。