Question

某课外活动小组同学用如图装置进行实验,试回答下列问题:

(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应为____________________________________。

(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应为______,总反应的离子方程式为________。有关上述实验,下列说法正确的是(填序号)___。

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　④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转移0.2 mol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,可以设想用如图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通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因_______________。

③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为_____________________。

Answer

2H2O + O2＋4e－＝4OH- 2H＋＋2e－=H2↑ 2Cl－＋2H2O=2OH－＋H2↑＋Cl2↑ ②④ 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 小于 H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大 O2＋2H2O＋4e－=4OH－

【解析】

（1）K与a连接则构成原电池，活泼金属作负极，即铁是负极，石墨是正极，因此是铁的吸氧腐蚀，所以A极电极反应式为2H2O + O2＋4e－＝4OH-。

（2）开关K与b连接，则构成电解池，电解饱和食盐水。石墨和电源正极相连，作阳极，氯离子放电生成氯气。铁和电源负极相连，作阴极，氢离子发生，生成氢气，所以B极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。电解池中阳离子向阴极方向移动，①不正确。A处得到氯气，氯气氧化碘化钾生成单质碘，碘遇淀粉显蓝色，②正确。根据总反应式可知，从溶液中放出的是氢气和氯气，所以要恢复原状态，需要通入氯化氢气体，③不正确。B极产生的2.24 L气体是氢气，在标准状况下是0.1mol，根据2H＋＋2e－=H2可知，转移0.2mol电子，④正确。

（3）根据装置图可判断，A和电源正极相连，作阳极，溶液中的OH-放电生成氧气，电极反应式为4OH-- 4e-= 2H2O + O2↑。D和电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，生成氢气，电极反应式为4H＋＋4e－=2H2。此时通过阴离子交换膜的离子是SO42－，过阳离子交换膜的离子是K＋,根据电荷守恒可知，阴离子数目小于阳离子数目。氢离子在阴极放电，促进水的电离，OH－浓度增大，因此阴极的pH增大。氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，氧气做正极，正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－。