Question

20．一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可使氯堿工業(yè)節(jié)能30%以上．在這種工藝設(shè)計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中的電極未標(biāo)出，所用的離子膜都只允許陽離子通過．

（1）圖中X、Y分別是Cl₂、H₂（填化學(xué)式），a＜b（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）燃料電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式是H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）電解池中總反應(yīng)的離子方程式是2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（4）假設(shè)該裝置的能量利用率可達(dá)70%，要電解制得2.4mol NaOH，燃料電池需消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣96L．（空氣中O₂的體積分?jǐn)?shù)為20%）

Answer 1

分析 電解池中發(fā)生反應(yīng)：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，產(chǎn)生的氫氣作為燃料，通入燃料的極作負(fù)極，電極反應(yīng)式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，空氣通入燃料電池的正極，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，總反應(yīng)為2H₂+O₂=2H₂O，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）電解池中發(fā)生反應(yīng)：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，產(chǎn)生的氫氣作為燃料，通入燃料的極作負(fù)極，則Y是氫氣，在X處產(chǎn)生的是氯氣；燃料電池正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，導(dǎo)致正極區(qū)域氫氧化鈉濃度增大，所以a＜b，
故答案為：Cl₂；H₂；＜；
（2）燃料電池的工作原理：負(fù)極是燃料氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，
故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）電解池中發(fā)生反應(yīng)：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（4）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒建立關(guān)系式，電解池中：2NaOH～2e^-，要電解制得2.4molNaOH，轉(zhuǎn)移電子2.4mol，原電池中：O₂～4e^-，轉(zhuǎn)移2.4mol電子時消耗氧氣0.6mol，但該裝置的能量利用率可達(dá)70%，所以實(shí)際上氧氣消耗的物質(zhì)的量為：0.6mol÷70%，氧氣的體積為0.6mol÷70%×22.4L/mol，則空氣的體積為：0.6mol÷70%×22.4L/mol÷20%=96L，
故答案為：96．

點(diǎn)評 本題考查學(xué)生燃料電池和氯堿工業(yè)的有關(guān)知識，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，注意第（4）題用電子轉(zhuǎn)移守恒解題，難度中等．