Question

（14分）某課外活動小組同學用圖一裝置進行實驗，試回答下列問題。

（1）① 若開始時開關K與a連接，則鐵發生的是電化學腐蝕中的             腐蝕；
② 若開始時開關K與b連接，則總反應的離子方程式                          。
（2）芒硝（化學式為Na₂SO₄·10H₂O），無色晶體，易溶于水，是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物。該小組同學設想，如果模擬工業上離子交換膜法制燒堿的方法。用如圖二所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉，無論從節省能源還是提高原料的利用率來看都更加符合綠色化學理念。
① 該電解槽的陽極反應式為：                                       ，此時通過陰離子交換膜的離子數               （填“大于”或“小于”或“等于”）通過陽離子交換膜的離子數。
② 制得的氫氧化鈉溶液從出口（選填“A”、“B”、“C”、“D”）       導出。
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，則電池負極的電極反應式為                                                 。已知H₂的燃燒熱為285.8 kJ/mol，則該燃料電池工作產生36 g H₂O時，理論上有              kJ的能量轉化為電能。

Answer 1

（1）① 吸氧   ② 2Cl^— +2H₂O2OH^— + H₂↑+ Cl₂↑
（2）① 4OH^—4e^—=2H₂O + O₂↑  小于 ② D   ③ H₂2e^—+ 2OH^—=2H₂O      571.6

（1）① 若開始時開關K與a連接，則構成原電池，由于溶液顯中性，所以發生鋼鐵的吸氧腐蝕。
②若開始時開關K與b連接，則構成電解池，石墨和電源的正極相連，作陽極，溶液中的氯離子放電。鐵和電源的負極相連，作陰極，溶液中的氫離子放電，所以方程式為2Cl^— +2H₂O2OH^— + H₂↑+ Cl₂↑。
（2）①電解池中陽極失去電子，則溶液中的OH^－失去電子，方程式為 4OH^—4e^—=2H₂O + O₂↑。由于通過陰離子交換膜的是SO₄^2－，而通過陽離子交換膜的是H^＋，所以根據電荷守恒可知，通過陰離子交換膜的離子數小于通過陽離子交換膜的離子數。
②氫氧化鈉在陰極生成，所以從D處導出。
③原電池中負極失去電子，正極得到電子，所以氫氣在負極通入。由于溶液是氫氧化鈉溶液，因此負極電極反應式為H₂2e^—+ 2OH^—=2H₂O。燃燒熱是在一定條件下，1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，所以生成36g水放出的熱量是285.8 kJ×2＝571.6kJ，即有571.6kJ的能量轉化為電能。