Question

14．某课外活动小组同学用如图1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：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（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2H₂O+2Cl^-═Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
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（饱和食盐水足量）
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2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^-=O₂↑+2H₂O．此时通过阴离子交换膜的离子数小于（填“大于”或“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②制得的硫酸溶液从出口（填写“A”、“B”、“C”、“D”）A导出．
③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．
④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）若开始时开关K与a连接，则形成原电池反应，为铁的吸氧腐蚀；
（2）若开始时开关K与b连接，形成电解池装置，石墨为阳极，发生氧化反应生成氯气，铁为阴极，发生还原反应生成氢气和氢氧化钠；
①溶液中Na⁺向阴极移动
②氯离子在阳极失电子生成氯气；
③根据电解时溶液中减少的元素分析；
④电子不在溶液中移动；
（3）①电解时，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，阳极上失电子发生氧化反应；根据阴阳离子的移动方向，通过相同电量时，阴阳离子交换的个数判断；
②电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，同时溶液中产生硫酸，气体从上口放出；
③电解时，阴极上由水电离出的氢离子放电，则氢氧根离子剩余，导致溶液呈碱性；
④燃料原电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应，写出相应的电极反应式，注意结合电解质溶液的酸碱性书写．

解答 解：（1）开始时开关K与a连接，是原电池，铁为负极，发生氧化反应，失去电子生成亚铁离子，电极方程式为Fe-2e^-=Fe²⁺，A极上氧气得电子被还原，电极方程式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（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，电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑，A是阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解氯化钠溶液的总反应是：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
①溶液中Na⁺向阴极移动，B为阴极，则溶液中Na⁺向B极移动，故错误；
②氯离子在阳极失电子生成氯气，即氯气在A极生成，所以从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝，故正确；
③由电解方程式：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑可知，电解时溶液中减少的是H、Cl元素，所以反应一段时间后加适量HCl气体可恢复到电解前电解质的浓度，故错误；
④电子只能在导线中移动，不在溶液中移动，故错误．
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；②；
（3）①电解时，阳极上失电子发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；阳极氢氧根离子放电，因此硫酸根离子向阳极移动，阴极氢离子放电，因此钠离子向阴极移动，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数．
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，同时溶液中产生硫酸，气体从上口B放出，则硫酸从A口流出，
故答案为：A；
③电解时，阴极上由水电离出的氢离子放电，则氢氧根离子剩余，导致溶液碱性增强，
故答案为：H⁺放电，促进水的电离，OH^-浓度增大；
④燃料原电池中，燃料在负极上失电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，该燃料原电池中，氧气是氧化剂，所以氧气在正极上得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评 本题综合考查原电池和电解池的有关知识，侧重于学生的分析能力和电化学知识的综合应用，注意解题时要注意分析电极反应及生成物，题目难度中等．