Question

電化學(xué)知識是化學(xué)反應(yīng)原理的重要部分，以下是常見的電化學(xué)裝置：
某興趣小組同學(xué)模擬工業(yè)上用離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀．
①該電解槽陽極電極反應(yīng)式為

 

．
②得到的氫氧化鉀從

 

（填A(yù)，或D）排放出．若將得到的2L濃度為0.25mol/L的KOH溶液與2L0.025mol/L的硫酸溶液混合，混合后的溶液pH為

 

③此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)

 

（填大于，小于或等于）通過陽離子交換膜的離子數(shù)．
④若將制得的氫氣、氧氣和硫酸溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：電解原理,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：①電解時，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，陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)氫氧化鉀生成的電極判斷導(dǎo)出口；計算混合后氫氧根離子離子濃度，根據(jù)水的離子積常數(shù)計算氫離子濃度，求pH；
③根據(jù)陰陽離子的移動方向，通過相同電量時，陰陽離子交換的個數(shù)判斷；
④燃料原電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫．

解答： 解：①電解時，陽極上失電子發(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，所以陽極上氫氧根離子失電子生成水和氧氣4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
②電解時氫離子在陰極得電子生成氫氣，則氫氧化鉀在陰極生成，所以在D口導(dǎo)出；2L濃度為0.25mol/L的KOH溶液與2L0.025mol/L的硫酸溶液混合后，
c（OH^-）=

2×0.25-2×0.025×2

2+2

=0.1，c（H⁺）=

1×10-14

0.1

=10^-13，pH=13，故答案為：D；13；
③陽極氫氧根離子放電，因此硫酸根離子向陽極移動，陰極氫離子放電，因此鈉離子向陰極移動，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：小于；
④燃料原電池中，燃料在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，該燃料原電池中，氧氣是氧化劑，所以氧氣在正極上得電子和氫離子結(jié)合生成水，電極反應(yīng)式為4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O，故答案為：4H⁺+O₂+4e^-═2H₂O．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，難度不大，注意燃料原電池電極反應(yīng)式的書寫時，要根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性確定生成的離子或物質(zhì)．