Question

如圖是以鉛蓄電池為電源，模擬氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水的裝置圖（C、D均為石墨電極）．
電解一段時間后，若在電解池中C極一側(cè)出來的氣體無色無味，D極一側(cè)出來的氣體呈黃綠色有刺激性氣味．請回答以下問題：
（1）已知鉛蓄電池在放電時發(fā)生的反應(yīng)：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-=2PbSO₄+2H₂O，則
A極為    極，發(fā)生    反應(yīng)，電極反應(yīng)為   
B極為    極，發(fā)生    反應(yīng)，電極反應(yīng)為   
（2）請寫出電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式    ．
C極為    極，發(fā)生    反應(yīng)，電極反應(yīng)為   
D極為    極，發(fā)生    反應(yīng)，電極反應(yīng)為   
（3）用鉛蓄電池電解1L飽和食鹽水（食鹽水足量、密度為1.150g/cm³）時，若電路上有0.2mol電子的電量通過，則
①鉛蓄電池消耗H₂SO₄     mol．
②電解池中收集到     L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）氯氣（假設(shè)氯氣全部排出）．
③所得NaOH溶液中的物質(zhì)的量濃度=    ．剩余NaCl的密度為    （假設(shè)體積不變）．
（4）氯堿工業(yè)生產(chǎn)中的電解飽和食鹽水池中所用的高分子隔膜叫做    膜，所起的主要作用有
①   
②   
③    ．

Answer 1

【答案】分析：電解一段時間后，若在電解池中C極一側(cè)出來的氣體無色無味氫氣，則C極是陰極，D極一側(cè)出來的氣體呈黃綠色有刺激性氣味氯氣，D極是陽極，所以原電池中A極是負(fù)極，B極是正極；
（1）鉛蓄電池中，負(fù)極是鉛，負(fù)極上鉛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上二氧化鉛得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）電解飽和食鹽水時，陰極上得電子生成氫氣，陽極上失電子生成氯氣，寫出電極反應(yīng)式；
（3）根據(jù)各物質(zhì)和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式進(jìn)行分析解答；
（4）離子交換膜只能部分離子通過，從而阻止物質(zhì)之間接觸而反應(yīng)．
解答：解：電解一段時間后，若在電解池中C極一側(cè)出來的氣體無色無味氫氣，則C極是陰極，D極一側(cè)出來的氣體呈黃綠色有刺激性氣味氯氣，D極是陽極，所以原電池中A極是負(fù)極，B極是正極；
（1）A是負(fù)極，負(fù)極上鉛失電子和硫酸根離子反應(yīng)生成硫酸鉛，該反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，
B是正極，正極上二氧化鉛得電子和硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛、水，該反應(yīng)屬于還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O，
故答案為：負(fù)，氧化，Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄；正，還原，PbO₂+4H⁺+SO₄^2-+2e^-=PbSO₄+2H₂O；
（2）電解氯化鈉溶液時，C是陰極，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=H₂ +2OH^-↑，D是陽極，陽極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，同時生成氫氧化鈉，所以其電池反應(yīng)式為：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，陰極，還原，2H₂O+2e^-=H₂ +2OH^-↑，陽極，氧化，2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O轉(zhuǎn)移電子
              2mol              2mol
根據(jù)硫酸和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系知，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時，消耗硫酸的物質(zhì)的量是2mol，則轉(zhuǎn)移0.2mol電子時消耗硫酸的物質(zhì)的量是0.2mol；
2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑轉(zhuǎn)移電子
                         22.4L  2mol
根據(jù)氯氣和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系式知，當(dāng)生成22.4L氯氣時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是2mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時生成2.24L氯氣；
2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑轉(zhuǎn)移電子
                2mol            2mol
根據(jù)氫氧化鈉和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系式知，生成2mol氫氧化鈉時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是2mol，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol電子時生成0.2mol氫氧化鈉，C（NaOH）==0.2mol/L；
2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑轉(zhuǎn)移電子
117g                           2mol
根據(jù)氯化鈉和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系式知，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子消耗117g氯化鈉，則轉(zhuǎn)移0.2mol電子時消耗11.7g氯化鈉，溶液中含有氯化鈉的質(zhì)量=1.150g/cm³×1000cm³-11.7g=1138.3g，ρ==1.138g/cm³，
故答案為：0.2，2.24，0.2mol/L，1.138g/cm³；
（4）氯堿工業(yè)生產(chǎn)中的電解飽和食鹽水池中所用的高分子隔膜叫做陽離子膜，其作用有：讓陽離子鈉離子穿過達(dá)到，阻止氯離子和氫氧根離子穿過，防止氯氣和氫氣接觸而發(fā)生反應(yīng)，防止氯氣和氫氧化鈉接觸發(fā)生反應(yīng)，
故答案為：陽離子，讓陽離子鈉離子穿過達(dá)到，阻止氯離子和氫氧根離子穿過，防止氯氣和氫氣接觸而發(fā)生反應(yīng)，防止氯氣和氫氧化鈉接觸發(fā)生反應(yīng)．
點(diǎn)評：本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)電解池電極上發(fā)生的反應(yīng)來確定電解池陰陽極和原電池正負(fù)極，再根據(jù)物質(zhì)和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式進(jìn)行計算，電極反應(yīng)式的書寫是高考熱點(diǎn)．