Question

1．電解原理在工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用．
（1）新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH₄和O₂，電解質(zhì)為KOH溶液．某研究小組將兩個(gè)甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)，如圖1所示．

回答下列問題：
①甲烷燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
②閉合K開關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生．其中b電極上得到的是H₂，電解氯化鈉溶液的離子方程式為2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
③若每個(gè)電池甲烷通入量為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電子的物質(zhì)的量為4mol，最多能產(chǎn)生的氯氣質(zhì)量為142g．
（2）氯堿工業(yè)中的原理示意圖如圖2所示．
①a為陽極此空刪去．
②溶液A的溶質(zhì)是NaOH．
（3）脫硫技術(shù)能有效控制SO₂對空氣的污染．用NaOH溶液吸收煙氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進(jìn)行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時(shí)得到H₂SO₄，其原理如圖3所示．（電極材料為石墨）

①圖中a極要連接電源的（填“正”或“負(fù)”）負(fù)極．
②SO₃^2-放電的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①甲烷堿性燃料電池中正極氧氣得電子被還原，負(fù)極甲烷失電子被氧化；
②b連接電源的負(fù)極，應(yīng)為陰極，生成氫氣；電解氯化鈉溶液生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉；
③根據(jù)關(guān)系式1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂計(jì)算；
（2）①依據(jù)裝置圖中氯氣和氫氣生成的位置判斷，生成氯氣的電極為陽極，和電源正極相連；
②依據(jù)裝置圖中氯氣和氫氣生成的位置判斷，生成氯氣的電極為陽極，a為正極，b為負(fù)極，連接電極為陰極，溶液中氫離子在陰極得到電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大，溶液A為氫氧化鈉溶液；
（3）①根據(jù)電解池中陰陽離子的移動方向：陽離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負(fù)極；
②SO₃^2-放電的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

解答 解：（1）①在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為：CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極是：2O₂+4H₂O+8e^-═8OH^-，負(fù)極是：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O．
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
②b電極與通入甲烷的電極相連，作陰極，是H⁺放電，生成H₂；電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：H₂；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
③根據(jù)得失電子守恒，可得：1 mol CH₄～8 mol e^-～4 mol Cl₂，若每個(gè)電池甲烷通入量為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則理論上通過電解池的電子的物質(zhì)的量為=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×8=4mol，生成氯氣質(zhì)量=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×4×71g/mol=142g，
故答案為：4mol；142g；
（2）①裝置圖中氯氣和氫氣生成的位置判斷，生成氯氣的電極a為陽極，和電源正極相連，生成的氫氣的電極為b為陰極，與電源負(fù)極相連，
故答案為：陽極；
②裝置圖中氯氣和氫氣生成的位置判斷，生成氯氣的電極為陽極，a為陽極，連接電源正極，b為陰極，連接電源的負(fù)極，溶液中氫離子在陰極得到電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大，溶液A為氫氧化鈉溶液，故答案為：NaOH；
（3）①根據(jù)電解池中陰陽離子的移動方向：陽離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負(fù)極，故答案為：負(fù)；
②SO₃^2-放電的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

點(diǎn)評 本題是化學(xué)與環(huán)境有關(guān)知識，側(cè)重考查電解池陰極陽極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫、電解液的變化、原電池電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算等知識，注意知識的靈活運(yùn)用以及結(jié)合生產(chǎn)工藝流程分析，題目難度中等．