Question

硫化氫（H₂S）是一種有毒的可燃性氣體，用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O．
（1）該電池工作時(shí)正極應(yīng)通入

 

．
（2）該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為：

 

．
（3）該電池工作時(shí)負(fù)極區(qū)溶液的pH

 

（填“升高”“不變”“降低”）
（4）有人提出K₂SO₃可被氧化為K₂SO₄，因此上述電極反應(yīng)式中的K₂SO₃應(yīng)為K₂SO₄，某學(xué)習(xí)小組欲將電池工作一段時(shí)間后的電解質(zhì)溶液取出檢驗(yàn)，以確定電池工作時(shí)反應(yīng)的產(chǎn)物．實(shí)驗(yàn)室有下列試劑供選用，請(qǐng)幫助該小組完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)．0.01mol?L^-1KMnO₄酸性溶液，1mol?L^-1HNO₃，1mol?L^-1H₂SO₄，1mol?L^-1HCl，0.1mol?L^-1 Ba（OH）₂，0.1mol?L^-1 BaCl₂．

	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)結(jié)論
①	取少量電解質(zhì)溶液于試管中，用pH試紙測(cè)其pH，	試紙呈深藍(lán)色，經(jīng)比對(duì)溶液的pH約為14，說(shuō)明溶液中有殘余的KOH．
②	繼續(xù)加入   溶液，再加入   溶液，振蕩．	若有白色沉淀產(chǎn)生，則溶液中含有K2SO4． 若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則溶液中沒(méi)有K2SO4．
③	另取少量電解質(zhì)溶液于試管中，先加 1mol?L-1的H2SO4酸化，再滴入2～3滴0.01mol?L-1KMnO4酸性溶液，振蕩．	；

（5）若電池開(kāi)始工作時(shí)每100mL電解質(zhì)溶液含KOH 56g，取電池工作一段時(shí)間后的電解質(zhì)溶液20.00mL，加入BaCl₂溶液至沉淀完全，過(guò)濾洗滌沉淀，將沉淀在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，計(jì)算電池工作一段時(shí)間后溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度

 

．（假設(shè)溶液體積保持不變，已知：M（KOH）=56，M（BaSO₄）=233，M（BaSO₃）=217）

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),化學(xué)電源新型電池,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,電化學(xué)專題

分析：用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由總方程式可知，反應(yīng)中S元素化合價(jià)升高，H₂S被氧化，O元素化合價(jià)降低被還原，則通入H₂S的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，負(fù)極反應(yīng)為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，以此解答（1）（2）（3）；
（4）檢驗(yàn)是否含有K₂SO₄，可先加入鹽酸除去K₂SO₃，然后再加氯化鋇檢驗(yàn)，如生成沉淀，則說(shuō)明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有還原性，可用KMnO₄溶液檢驗(yàn)；
（5）將沉淀在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，應(yīng)為BaSO₄的質(zhì)量，可計(jì)算出消耗KOH的物質(zhì)的量，則計(jì)算反應(yīng)后溶液中KOH的物質(zhì)的量濃度．

解答： 解：用H₂S、空氣和KOH溶液可以組成燃料電池，其總反應(yīng)式為2H₂S+3O₂+4KOH=2K₂SO₃+4H₂O，由總方程式可知，反應(yīng)中S元素化合價(jià)升高，H₂S被氧化，O元素化合價(jià)降低被還原，則通入H₂S的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，負(fù)極反應(yīng)為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O，
（1）由以上分析可知正極通入空氣（或氧氣），故答案為：空氣（或氧氣）；
（2）該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O 或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O，
故答案為：2H₂S+16OH^--12e^-=2SO₃^2-+10H₂O  或H₂S+8OH^--6e^-=SO₃^2-+5H₂O；
（3）負(fù)極消耗OH^-，則工作一段時(shí)間后溶液pH減小，故答案為：降低；
（4）檢驗(yàn)是否含有K₂SO₄，可先加入足量1mol?L^-1 HCl 除去K₂SO₃，然后再加少量0.1 mol?L^-1 BaCl₂ 檢驗(yàn)，如生成沉淀，則說(shuō)明含有K₂SO₄，K₂SO₃具有還原性，可用KMnO₄溶液檢驗(yàn)，若KMnO₄溶液紫紅色褪去，則說(shuō)明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫紅色不褪，則說(shuō)明溶液不含K₂SO₃，
故答案為：足量1mol?L^-1 HCl；少量0.1 mol?L^-1 BaCl₂；若KMnO₄溶液紫紅色褪去，則說(shuō)明溶液中含有K₂SO₃，若KMnO₄溶液紫紅色不褪，則說(shuō)明溶液不含K₂SO₃；
（5）由于BaSO₃在空氣中加熱時(shí)轉(zhuǎn)化為BaSO₄，將沉淀在空氣中充分加熱至恒重，測(cè)得固體質(zhì)量為11.65g，應(yīng)為BaSO₄的質(zhì)量，
n（BaSO₄）=

11.65g

233g/mol

=0.0500mol，即n（K₂SO₄）+n（K₂SO₃）=0.0500mol，
n(KOH)=

20.00

100.00

×

56g

56g/mol

-0.05×2=0.1000mol，
c(KOH)=

0.1000mol

0.02000L

=5.000mol?L-1，
故答案為：5.000 mol?L^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及原電池、物質(zhì)的檢驗(yàn)和鑒別等知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，為高頻考點(diǎn)，注意把握實(shí)驗(yàn)的原理和原電池的工作原理，難度不大．