Question

14．以海水為主要原料的海洋化學工業(yè)，被稱為“藍色化工”．氯堿工業(yè)是“藍色化工”重要的組成部分，其化學反應原理是電解飽和食鹽水．
（1）反應的化學方程式為：2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑
（2）如圖所示是氯堿工業(yè)的關(guān)鍵設備--離子隔膜電解槽，該電解槽的特點是用隔膜將槽分隔為左右兩室，隔膜能夠阻止一些物質(zhì)從中通過，也能允許一些物質(zhì)從中通過．
①選用的隔膜應具有的特點是允許陽離子和水分子通過，而不允許陰離子和氣體通過．
②圖中X是Cl₂（填化學式）．
③電解槽右室的電極反應式為2H⁺+2e^-═H₂↑．
（3）氯堿工業(yè)需要消耗大量的電能，是一種燃料電池，其燃氣為天然氣（以甲烷表示），電解液是KOH溶液，用表面有大量海綿狀的金屬鉑作電極，組成燃料電池．寫出該燃料電池負極的電極反應式：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）化學反應原理是電解飽和食鹽水，電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，陽極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑，溶液中生成氫氧化鈉；
（2）①陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，陰離子交換膜只有陰離子自由通過；
②根據(jù)圖知，左邊半室氯離子放電生成氯氣，右邊半室氫離子放電生成氫氣，則X是氯氣、Y是氫氣；
③電解槽右室中氫離子放電；
（3）甲烷燃料電池中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應，總反應是燃料和氧氣反應的化學方程式，即為正極反應和負極反應的和，注意電解質(zhì)環(huán)境決定方程式的書寫；

解答 解：（1）電解飽和食鹽水陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應得到氯氣，電解反應2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，電解反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，總反應為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，
故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（2）①裝置中生成氫氧化鈉位置發(fā)現(xiàn)可知氫離子移向右室，說明隔膜為陽離子交換膜，陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，不與允許陰離子和氣體分子通過，
故答案為：陽離子；陰離子和氣體分子；
②根據(jù)圖知，左邊半室氯離子放電生成氯氣，右邊半室氫離子放電生成氫氣，則X是氯氣、Y是氫氣，
故答案為：Cl₂；
③電解槽右室中氫離子放電，電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；
（3）在堿性溶液中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；

點評 本題以氯堿工業(yè)為載體考查了電解池原理，會根據(jù)圖中物質(zhì)濃度變化確定電極發(fā)生的反應為解本題關(guān)鍵，知道離子交換膜的作用、各個電極上發(fā)生的反應，注意甲烷燃料電池中堿性環(huán)境生成碳酸鹽，題目難度不大中等．