Question

13．芒硝化學式為Na₂SO₄•10H₂O，無色晶體，易溶于水，是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物．該小組同學設(shè)想，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，用如圖所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉，無論從節(jié)省能源還是從提高原料的利用率而言都更加符合綠色化學理念．
①該電解槽的陽極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于（填“大于”、“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)
②制得的氫氧化鈉溶液從出口（填寫“A”、“B”、“C”或“D”）D導出．
③若將制得的氧氣、氫氧化鈉溶液與天然氣組合為甲烷燃料電池，則電池負極的電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2?．
若將該電池用于電解800mL 1mol/L的AgNO₃溶液，當原電池中消耗了0.224L CH₄，那么電解池中陰極將得到8.64g的單質(zhì)，電解池的pH為1．（假設(shè)溶液體積不變）

Answer 1

分析 陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，水在陽極失去電子生成O₂與H⁺，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水在陰極獲得電子生成H₂與OH^-，Na₂SO₄反應(yīng)中SO₄^2-通過陰離子交換膜移向陽極室，會得到H₂SO₄，Na⁺通過陽離子交換膜移向陰極室，會得到NaOH，根據(jù)電源正負極知，A為H₂SO₄、B為O₂，C為H₂、D為NaOH，
①陽極上水失電子生成氧氣和氫離子，根據(jù)電荷守恒判斷通過陰離子交換膜的離子數(shù)與通過陽離子交換膜的離子數(shù)關(guān)系；
②陰極上水得電子生成氫氣同時生成NaOH，則NaOH在陰極生成；
③甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和NaOH反應(yīng)生成碳酸鈉和水；電解硝酸銀溶液時，陰極上析出Ag，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算Ag質(zhì)量，根據(jù)Ag和氫離子之間的關(guān)系式計算氫離子濃度，從而計算溶液的pH．

解答 解：陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，水在陽極失去電子生成O₂與H⁺，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，水在陰極獲得電子生成H₂與OH^-，Na₂SO₄反應(yīng)中SO₄^2-通過陰離子交換膜移向陽極室，會得到H₂SO₄，Na⁺通過陽離子交換膜移向陰極室，會得到NaOH，根據(jù)電源正負極知，A為H₂SO₄、B為O₂，C為H₂、D為NaOH，
①陽極上水失電子生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
硫酸根離子通過陰離子交換膜移向陽極室，鈉離子通過陽離子交換膜移向陰極室，所以通過相同電量時，通過陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過陽離子交換膜的離子數(shù)，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；小于；
②陰極室是放電生成氫氣，同時得到NaOH，氣體從上口C放出，則NaOH溶液從D口流出，
故答案為：D；
③甲烷燃料電池中，負極上甲烷失電子和NaOH反應(yīng)生成碳酸鈉和水，電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2?；電解硝酸銀溶液時，陰極上析出Ag，n（CH₄）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等得n（Ag）=$\frac{0.01mol×8}{1}$=0.08mol，m（Ag）=0.08mol×108g/mol=8.64g，根據(jù)電池反應(yīng)式4Ag⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4 H⁺得n（H⁺）=n（Ag）=0.08mol，n（H⁺）=$\frac{0.08mol}{0.8L}$=0.1mol/L，則溶液的pH=1，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═7H₂O+CO₃^2?；8.64；1．

點評 本題考查電解原理及pH有關(guān)計算，為高頻考點，把握電極原理及pH計算方法是解本題關(guān)鍵，難點是電極反應(yīng)式的書寫，①中通過陰陽離子個數(shù)相對大小為易錯點．