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【题目】电解饱和食盐水是氯碱工业基础。

(1)写出电解饱和氯化钠溶液时的总的离子反应方程式:________________________________________

(2)当阴极产生1molH2时,通过阳离子交换膜的Na+_________mol;

(3)产生的氯气可用于制TiCl4,但TiO2Cl2难以直接反应,加碳生成CO、CO2可使反应得以进行。回答:

已知:TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) H1=+175.4kJmol1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) H2=﹣220.9kJmol1

TiO2Cl2难以直接反应的原因是__________________________________________

②加碳生成CO、CO2后得以进行原因是________________________________________________________

(4)氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节()30%以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。

①图中Y________ (填化学式);

②写出燃料电池B中负极上发生的电极反应:______________________________________________

③比较图示中氢氧化钠溶液质量分数的大小:a%_______b%(填>、=或<)

【答案】2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl22H - TΔS>0TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g)H =-45.5kJmol1反应△H<0,H - TΔS<0使反应得以进行H2H2 + 2OH -2e- = 2H2O<

【解析】

(1)电解饱和食盐水时,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电;

(2)溶液中电荷守恒;

(3)①根据焓判据和熵判据判断反应的方向;

TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) H1=+175.4kJmol1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) H2=﹣220.9kJmol1

根据盖斯定律,两式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g)H =-45.5kJmol1

(4)①根据离子放电原理判断产物;突破口在于B燃料电池这边,通空气一边为正极(还原反应),那么左边必然通H2,这样Y即为H2

再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知唯一未知的X必然为Cl2;A中的NaOH进入燃料电池正极再出来,依据O2+4e+2H2O=4OH可知NaOH浓度增大.

③氢氧燃料电池最后产生的是水,溶液稀释。

(1)电解饱和食盐水时,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电,同时溶液中生成氢氧化钠,所以电解池的总反应为:2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2

(2)当阴极产生1molH2时,溶液中产生2molOH- ,通过阳离子交换膜的Na+有2mol;

(3)①根据焓判据和熵判据判断反应的方向TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) H1=+175.4kJmol1,反应的△H1>0,ΔS<0,H - TΔS>0。
TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) H1=+175.4kJmol1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) H2=﹣220.9kJmol1

根据盖斯定律,两式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g)H =-45.5kJmol1反应△H<0,H - TΔS<0,故反应可自发进行

(4)①电解饱和食盐水时,阳极上氯离子失电子生成氯气,阴极上氢离子得电子生成氢气,故YH2

②氢氧燃料电池的电解质是碱时,电池总反应式均可表示为:2H2+O2=2H2O,其负极反应表示为:H2 + 2OH -2e- = 2H2O;

③由于燃料电池正极发生O2+4e+2H2O=4OH,燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%小于b% 。

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