Question

某小組同學(xué)設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來(lái)制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀．
（1）X極與電源的

正

（填“正”或“負(fù)”）極相連，氫氣從

C

（填“A”、“B”、“C”或“D”）口導(dǎo)出．
（2）離子交換膜只允許一類(lèi)離子通過(guò)，則M為

陰離子

（填“陰離子”或“陽(yáng)離子”，下同）交換膜，N為

陽(yáng)離子

交換膜．
（3）若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池（石墨為電極），則電池負(fù)極的反應(yīng)式為

H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O

．
（4）若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，制得11.2L氫氣，則生成硫酸的質(zhì)量是

49g

，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

6.02×10²³

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)加入的物質(zhì)知，X電極附近生成硫酸，Y電極附近生成氫氧化鉀，則X電極上氫氧根離子放電，Y電極上氫離子放電，所以X是陽(yáng)極，Y是陰極，陽(yáng)極與電源正極相連；陽(yáng)極上生成氧氣，陰極上生成氫氣；
（2）電解過(guò)程中，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)；
（3）原電池中負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（4）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算生成硫酸的質(zhì)量．

解答：解：（1）題圖中左邊加入含硫酸的水，右側(cè)加入含KOH的水，說(shuō)明左邊制硫酸，右邊制備KOH溶液，氫氧根離子在陽(yáng)極放電，同時(shí)電解后溶液呈酸性，氫離子在陰極放電，同時(shí)電解后溶液呈堿性，則X為陽(yáng)極，Y為陰極，所以X連接電源正極；
Y電極上氫離子放電生成氫氣，所以氫氣從C口導(dǎo)出，
故答案為：正；C；
（2）OH^-在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，使左邊溶液中H⁺增多，為了使溶液呈電中性，硫酸鉀溶液中的SO₄^2-通過(guò)M交換膜向左邊遷移，即M為陰離子交換膜；
H⁺在Y極發(fā)生還原反應(yīng)，使右邊溶液中OH^-增多，硫酸鉀溶液中K⁺向右遷移，N為陽(yáng)離子交換膜，
故答案為：陰離子；陽(yáng)離子；
（3）氫氧燃料堿性電池中，通入氫氣的電極是負(fù)極，負(fù)極上氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為
H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
（4）n（H₂）=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，根據(jù)2H⁺+2e^-═H₂↑知，得電子的物質(zhì)的量為1mol，得電子數(shù)為6.02×10²³，X極的反應(yīng)式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，根據(jù)得失電子守恒知，生成H⁺的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)氫原子守恒得生成0.5mol H₂SO₄，m（H₂SO₄）=nM=0.5mol×98g/mol=49g，
故答案為：49g；6.02×10²³．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池原理，正確推斷電解池陰陽(yáng)極是解本題關(guān)鍵，根據(jù)加入水溶液的溶質(zhì)確定電極產(chǎn)物，結(jié)合電極產(chǎn)物確定陰陽(yáng)極，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，難度中等．