Question

6．（1）某课外活动小组同学用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，则铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀．
②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；．
（2）芒硝化学式为Na₂SO₄•10H₂O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物．该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．
①该电解槽的阴极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑；此时通过阳离子交换膜的离子数大于（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阴离子交换膜的离子数．
②制得的氢氧化钠溶液从出口（填“A”、“B”、“C”或“D”）D导出．
③若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．已知H₂的燃烧热为285.8kJ•mol^-1，则该燃料电池工作产生27g H₂O（l）时，理论上有428.7 kJ的能量转化为电能．

Answer 1

分析 （1）①若开始时开关K与a连接，该装置构成原电池，发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，正极上氧气发生还原反应；
②若开始时开关K与b连接时，两极均有气体产生，则Fe作阴极，石墨作阳极，阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电；
（2）①电解时，溶液中的氢离子的放电能力大于钠离子的放电能力，阴极上得电子发生还原反应；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阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成；
③氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子；结合燃烧热方程式及电池反应计算．

解答 解：（1）①开关K与a连接，为原电池，NaCl溶液为中性，发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：吸氧；
②K与b连接，为电解池，若开始时开关K与b连接时，两极均有气体产生，则Fe作阴极，石墨作阳极，氯离子、氢离子放电，则N为电源负极，电解的总离子反应为2Cl^-+2H₂O 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：2Cl^-+2H₂O 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）①电解时，溶液中的氢离子的放电能力大于钠离子的放电能力，所以阴极上氢离子得电子生成氢气，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；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，通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；大于；
②阴极上氢离子放电，则NaOH在阴极生成，由图可知，D在阴极附近，制得的氢氧化钠溶液从D出口导出，
故答案为：D；
③氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，负极上氢气失去电子，负极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol，该燃料电池工作产生27g H₂O，n（H₂O）=27/18=1.5mol，由燃烧的热方程式可知，生成1.5molH₂O放出428.7kJ的热量，即理论上有428.7kJ的能量转化为电能，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；428.7．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，为高频考点，注意装置的判断及燃料原电池电极反应式和电解反应的书写，把握电解质溶液的酸碱性确定生成的离子或物质，题目难度不大．