Question

13．某課外活動小組用如圖1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B極的電極反應式為Fe-2e^-═Fe²⁺．
（2）若開始時開關K與b連接，總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑．有關上述（2）實驗，下列說法正確的是（填序號）④．
①溶液中Na⁺向A極移動
②若標準狀況下B極產(chǎn)生2.24L氣體，則溶液中轉移0.2mol電子
③反應一段時間后加適量鹽酸可恢復到電解前電解質的濃度
④從A極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍
（3）該小組同學認為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設想用如圖2裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀．
①該電解槽的陽極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此時通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于（填“大于”、“小于”或“等于”）通過陰離子交換膜的離子數(shù)．
②若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）若開始時開關K與a連接，則形成原電池反應，為鐵的吸氧腐蝕；
（2）若開始時開關K與b連接，形成電解池裝置，石墨為陽極，發(fā)生氧化反應生成氯氣，鐵為陰極，發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧化鈉；
①電解過程中陽離子向陰極移動；
②電子只能通過導線；
③恢復到電解前電解質的濃度，”出什么加什么“的原則分析；
④A電極為陽極，從A極處逸出的氣體是氯氣；
（3）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(fā)生氧化反應；根據(jù)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(shù)判斷．
②燃料原電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應，寫出相應的電極反應式，注意結合電解質溶液的酸堿性書寫．

解答 解：（1）開始時開關K與a連接，是原電池，鐵為負極，發(fā)生氧化反應，失去電子生成亞鐵離子，電極方程式為Fe-2e^-═Fe²⁺，故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；
（2）開關K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發(fā)生還原反應，氫離子得到電子生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，電解飽和食鹽水生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉，總方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑，
①電解過程中陽離子向陰極移動，B為陰極，溶液中Na⁺向，B極移動，故①錯誤；
②電子只能通過導線，不能通過溶液，故②錯誤；
③反應一段時間后加適量HCl氣體，可恢復到電解前電解質的濃度，不是加入鹽酸，故③錯誤；
④A生成氯氣，能使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍，故④正確，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑；④；
（3）①電解時，陽極上失電子發(fā)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(shù)小于通過陽離子交換膜的離子數(shù)．
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；大于；
②燃料原電池中，燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應，該燃料原電池中，氧氣是氧化劑，所以氧氣在正極上得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題綜合原電池和電解質知識，側重于學生的分析能力和電化學知識的綜合應用，注意解題時要注意分析電極反應及生成物，難度中等．