Question

【題目】（1）某課外活動(dòng)小組同學(xué)用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試回答下列問(wèn)題：

①若開(kāi)關(guān)K與a連接，則鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕中的_____腐蝕，石墨電極上的電極反應(yīng)式為_____。

②若開(kāi)關(guān)K與b連接，則電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。

（2）該小組同學(xué)設(shè)想，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，用如下圖所示裝置電解硫酸鈉溶液來(lái)制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉，無(wú)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(xué)理念。

①該電解槽的陽(yáng)極反應(yīng)式為_____。

此時(shí)通過(guò)陰離子交換膜的離子數(shù)_____（選填“大于”、“小于”或“等于”）通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)。

②通電開(kāi)始后，陰極附近溶液pH_____（選填“增大”、“不變”或“減小”）。

③若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____；已知H2的燃燒熱為285.8 kJ/mol，則該燃料電池工作產(chǎn)生36 g 液態(tài)H2O時(shí)，理論上有_____kJ的能量轉(zhuǎn)化為電能。

Answer 1

【答案】 吸氧 O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 2NaCl＋2H2O=2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑ 小于 增大 H2－2e-＋2OH-＝2H2O 571.6

【解析】(1)①開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)K與a連接，是原電池，鐵為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子生成亞鐵離子，電極方程式為Fe-2e-=Fe2+，A極上氧氣得電子被還原，電極方程式為O2+2H2O+4e-=4OH-，為鐵的吸氧腐蝕；故答案為：吸氧；O2＋2H2O＋4e-＝4OH- ；

②開(kāi)關(guān)K與b連接，裝置為電解池，鐵為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子得到電子生成氫氣，電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，總反應(yīng)式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；故答案為：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑；

(2)①電解時(shí)，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，所以陽(yáng)極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH--4e-=2H2O+O2↑；陽(yáng)極氫氧根離子放電，因此硫酸根離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動(dòng)，所以通過(guò)相同電量時(shí)，通過(guò)陰離子交換膜的離子數(shù)小于通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)，故答案為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；小于；

②通電開(kāi)始后，陰極上氫離子放電生成氫氣，氫離子來(lái)自于水，所以促進(jìn)水的電離，導(dǎo)致溶液中氫氧根離子的濃度大于氫離子的濃度，所以溶液的pH值增大，故答案為：增大；

③氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池，負(fù)極上氫氣失去電子，負(fù)極反應(yīng)式為：H2-2e-+2OH-=2H2O；H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，則2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ/mol，該燃料電池工作產(chǎn)生36g H2O，n(H2O)==2mol，由燃燒的熱方程式可知，生成2molH2O放出571.6kJ的熱量，即理論上有571.6kJ的能量轉(zhuǎn)化為電能；故答案為：H2-2e-+2OH-=2H2O；571.6。