Question

某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。

(1)X极与电源的       (填“正”或“负”)极相连，氢气从       (选填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为       (填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为       交换膜。
(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(石墨为电极)，则电池负极的电极反应式为                                                        。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是       ，转移的电子数为       。

Answer 1

(1)正　C　(2)阴离子　阳离子　(3)H₂－2e^－＋2OH^－=2H₂O　(4)49g　6.02×10²³

题图中左边加入含硫酸的水，暗示左边制硫酸，即OH^－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H^＋增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO₄^2-通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H^＋在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极相连，右边溶液中OH^－增多，硫酸钾溶液中K^＋向右迁移，N为阳离子交换膜。所以，C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－，负极反应式为2H₂－4e^－＋4OH^－=4H₂O。(4)n(H₂)＝0.5 mol,2H^＋＋2e^－=H₂↑，得电子为1 mol，X极的反应式为4OH^－－4e^－=2H₂O＋O₂↑或2H₂O－4e^－=4H^＋＋O₂↑，根据电子守恒知，生成H^＋的物质的量为1 mol，故生成0.5 mol H₂SO₄，m(H₂SO₄)＝49 g。