Question

某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) 制得的氢氧化钾溶液从出口________(填写“A”、“B”、“C”、“D”)导出，制得的氧气从出口________ (填写“A”、“B”、“C”、“D”)导出。

(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_______________________________ 。

(4)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－4e－===O2↑＋4H＋ 小于 D B H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大 O2＋2H2O＋4e－===4OH－

【解析】

(1)电解时，溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，阳极上失电子发生氧化反应；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)根据氢氧化钠和氧气生成的电极判断导出口。

(3)根据放电的离子判断PH增大的原因。

(4)燃料原电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应，写出相应的电极反应式，注意结合电解质溶液的酸碱性书写。

（1）电解时，阳极上失电子发生氧化反应，反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；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，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。

故答案为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；小于；

（2）氢氧化钾在阴极生成，所以在D口导出；氧气在阳极生成，且氧气是气体，所以从B口导出。

故答案为：D；B；

（3）通电开始后，阴极上氢离子放电生成氢气，氢离子来自于水，所以促进水的电离，导致溶液中氢氧根离子的浓度大于氢离子的浓度，所以溶液的pH值增大。

故答案为：H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大；

（4）燃料原电池中，燃料在负极上失电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，该燃料原电池中，氧气是氧化剂，所以氧气在正极上得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

故答案为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。