Question

某课外活动小组同学用下图装置进行实验，试回答下列问题：

Ⅰ.以图1的实验装置进行实验。

（1）若开始时打开开关K₂，闭合开关K₁，则该装置为_________（填装置名称）。

（2）若开始时打开开关K₁，闭合开关K₂，则：

①U型管里总反应的离子方程式为______________________________________

②对于上述实验，下列说法正确的是________（填序号）。

A.溶液中Na⁺向B极移动

B.从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

C. 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

D. 若标准状况下从A极逸出2.24L气体，则外电路上通过的电子数目略大于0.2N_A

Ⅱ.以图2的实验装置进行实验。

（3）该小组同学认为，如果模拟工业上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（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。

①该电解槽的阳极反应式为___________________________。此时通过阴离子交换膜的离子数_____（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。

②制得的氢氧化钾溶液从出口___（填“A”、“B”、“C”、“D”）导出。

③通电开始后，阴极附近溶液的pH会增大，请简述原因_______________________。

Answer

原电池 2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑ D 4OH－－4e－=2H2O+O2↑ 小于 D H+放电，促进水的电离，OH－浓度增大

【解析】

I．（1）若开始时打开开关K2，闭合开关K1，该装置为原电池，发生吸氧腐蚀；

（2）若开始时打开开关K1，闭合开关K2，该装置为电解池，石墨作阳极，铁作阴极，

①阳极上氯离子发生失电子的氧化反应生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气；

②A．溶液中Na+向阴极移动；

B．氯气能置换出碘，碘与淀粉试液变蓝色，氢气没有此性质；

C．根据“析出什么加入什么”的原则判断；

D．根据电极反应式计算；

II．（3）①电解硫酸钾溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上H+放电生成H2；根据电子守恒和电荷守恒判断交换离子数多少；

②电解时，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧化钾，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，则氢氧根离子浓度增大，导致溶液pH增大。

Ⅰ. （1）若开始时打开开关K2，闭合开关K1，该装置没有外接电源，且能自发的进行氧化还原反应，符合原电池的构成条件，则为原电池，铁发生吸氧腐蚀，

综上所述，本题正确答案：原电池。

（2）若开始时打开开关K1，闭合开关K2，该装置为电解池，石墨作阳极，铁作阴极；

①阳极上氯离子发生失电子的氧化反应生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近还有氢氧根离子生成，所以总反应的离子方程式为：2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑；

综上所述，本题正确答案：2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑。

②A．溶液中Na+向阴极A电极移动，故A错误；

B．A处逸出的气体是氢气，氢气不能使湿润的KI淀粉试纸变蓝，故B错误；

C．阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，实质上相当于析出氯化氢，根据“析出什么加入什么”的原则知，应该向溶液中通入氯化氢气体，故C错误；

D．电解时，Fe电极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，标准状况下2.24L氢气物质的量为0.1mol，由于生成的氢气极少量溶解，则从A极逸出0.1mol氢气，外电路上通过的电子数目略大于0.2NA，故D正确；

综上所述，本题正确选项D；

Ⅱ. （3）①电解硫酸钾溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，阴极上H+放电生成H2，电极反应式为2H++2e-=H2↑，根据电子守恒和电荷守恒知，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；

综上所述，本题正确答案： 4OH--4e-=2H2O+O2↑；小于。

②电解时，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧化钾，气体从上口C放出，则氢氧化钾从D口流出；

综上所述，本题正确选项D；

③电解时，阴极上由水电离出的氢离子放电，则氢氧根离子浓度增大，导致溶液pH增大，

综上所述，本题正确答案：H+放电，促进水的电离，OH－浓度增大。