Question

13．某課外活動(dòng)小組用如圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問題．

（1）若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則B極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-═Fe²⁺．
（2）若開始時(shí)開關(guān)K與b連接，總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑．有關(guān)上述（2）實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（填序號(hào)）④．
①溶液中Na⁺向A極移動(dòng)
②若標(biāo)準(zhǔn)狀況下B極產(chǎn)生2.24L氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2mol電子
③反應(yīng)一段時(shí)間后加適量鹽酸可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)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(lán)
（3）該小組同學(xué)認(rèn)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(shè)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(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此時(shí)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(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）若開始時(shí)開關(guān)K與a連接，則形成原電池反應(yīng)，為鐵的吸氧腐蝕；
（2）若開始時(shí)開關(guān)K與b連接，形成電解池裝置，石墨為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，鐵為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧化鈉；
①電解過程中陽離子向陰極移動(dòng)；
②電子只能通過導(dǎo)線；
③恢復(fù)到電解前電解質(zhì)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(shí)，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(yīng)；根據(jù)陰陽離子的移動(dòng)方向，通過相同電量時(shí)，陰陽離子交換的個(gè)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(yīng)，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫．

解答 解：（1）開始時(shí)開關(guān)K與a連接，是原電池，鐵為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，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(guān)K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，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\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑，
①電解過程中陽離子向陰極移動(dòng)，B為陰極，溶液中Na⁺向，B極移動(dòng)，故①錯(cuò)誤；
②電子只能通過導(dǎo)線，不能通過溶液，故②錯(cuò)誤；
③反應(yīng)一段時(shí)間后加適量HCl氣體，可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度，不是加入鹽酸，故③錯(cuò)誤；
④A生成氯氣，能使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)，故④正確，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H₂↑+Cl₂↑；④；
（3）①電解時(shí)，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，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(dòng)，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動(dòng)，所以通過相同電量時(shí)，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(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，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(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合原電池和電解質(zhì)知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和電化學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，注意解題時(shí)要注意分析電極反應(yīng)及生成物，難度中等．