Question

3．某课外活动小组用如图1所示装置进行实验，请回答下列问题：

（1）若开始实验时开关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，下列说法正确的是①③（填序号）．
①从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝
②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
③若标准状况下B极产生22.4L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（3）根据氯碱工业原理用如图2所示装置电解K₂SO₄溶液．
①该电解槽的阳极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，通过阴离子交换膜的离子数＜（填“＞”、”=”或“＜”）通过阳离子交换膜的离子数．
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d．
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为8：1．

Answer 1

分析 （1）若开始实验时开关K与a连接，铁为负极，发生铁的吸氧腐蚀；
（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，据此回答．
（3）①电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH^-被氧化生成O₂；SO₄^2-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动；
②OH^-被氧化，阳极生成H⁺和O₂，pH减小，阴极发生还原反应生成H₂和OH^-，pH增大；
③B口生成氧气，C生成氢气．

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）K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，电解的总离子反应为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
①从A电极逸出的气体是氯气，能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，故正确；
②电解的总离子反应为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，反应一段时间后通入HCl可恢复到电解前电解质的浓度，故错误；
③若标准状况下B电极产生2.24L即0.1mol氢气气体，则溶液中转移0.2mol电子，故正确．
故答案为：①③；
（3）①电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH^-被氧化生成O₂，电极方程式为，SO₄^2-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动，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↑；＜；
②OH^-被氧化，阳极生成H⁺和O₂，pH减小，阴极发生还原反应生成H₂和OH^-，pH增大，则pHb＜a＜c＜d，故答案为：b＜a＜c＜d；
③B口生成氧气，C生成氢气，物质的量之比为1：2，则质量之比为32：4=8：1，故答案为：8：1．

点评 本题考查原电池和电解池知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和电化学知识的综合运用，注意把握电极的判断和电极方程式的书写，为解答该题的关键，结合两极转移电离相等计算，难度中等．