Question

某课外活动小组同学用如图装置进行实验，试回答下列问题：
（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式为

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为

2H⁺+2e^-═H₂↑

，总反应的离子方程式为

2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑

．有关上述实验，下列说法正确的是（填序号）

②

．
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（3）该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾．
①该电解槽的阳极反应式为

4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑

．此时通过阴离子交换膜的离子数

小于

（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因

H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大

．
③若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为

O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-

．

Answer 1

分析：（1）K与a连接，没有电源，装置为原电池，铁为负极，A为正极；
（2）K与b连接装置中有电源为电解池，铁与负极相连为阴极，氢离子得到电子发生还原反应，阳极氢氧根离子放电发生氧化反应；根据电解饱和食盐水发生的离子总反应进行判断；
（3）①根据阳极附近阴离子有SO₄ ^2-和OH ^-，氢氧根离子放电生成氧气写出电极反应；根据硫酸根通过阴离子交换膜，钾离子通过阳离子交换膜分析通过交换膜的离子数多少；
②根据阴极氢离子放电，氢氧根离子浓度增大分析；
③根据燃料电池正极氧气得到电子，与水生成氢氧根离子写成电极反应离子方程式．

解答：解：（1）开始时开关K与a连接，组成了原电池，铁为负极，A为正极，A极氢离子得到电子，A的电极反应为：2H⁺+2e^-═H₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；
（2）开关K与b连接，装置为电解池，铁为阴极，发生还原反应，氢离子得到电子生成氢气，即B电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①电解过程中阳离子向阴极移动，B为阴极，故①错误；
②A生成氯气，能使湿润KI淀粉试纸变蓝，故②正确；
③反应一段时间后加适量HCl气体，可恢复到电解前电解质的浓度，不是加入盐酸，故③错误；
④若标准状况下B极产生2.24L氢气，不是氯气，转移0.2mol电子，故④错误；
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑；2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②；
（3）①阳极附近阴离子有SO₄ ^2-和OH ^-，氢氧根离子放电生成氧气，电极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；此时硫酸根通过阴离子交换膜，钾离子通过阳离子交换膜，由电荷守恒知钾离子数目大于硫酸根离子数目，
故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；小于；
②阴极氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，所以溶液的pH增大，
故答案为：H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大；
③燃料电池正极氧气得到电子，与水生成氢氧根离子，电极反应的离子方程式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

点评：本题考查原电池和电解池原理，明确离子的放电顺序及电极上发生的反应即可分析解答，本题难度中等．