Question

某小組同學設想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀。

(1)X極與電源的       (填“正”或“負”)極相連，氫氣從       (選填“A”、“B”、“C”或“D”)口導出。
(2)離子交換膜只允許一類離子通過，則M為       (填“陰離子”或“陽離子”，下同)交換膜，N為       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)，則電池負極的電極反應式為                                                        。
(4)若在標準狀況下，制得11.2 L氫氣，則生成硫酸的質量是       ，轉移的電子數為       。

Answer 1

(1)正　C　(2)陰離子　陽離子　(3)H₂－2e^－＋2OH^－=2H₂O　(4)49g　6.02×10²³

題圖中左邊加入含硫酸的水，暗示左邊制硫酸，即OH^－在陽極發生氧化反應，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M交換膜向左邊遷移，即M為陰離子交換膜，由此推知X為陽極，與電源正極相連，B出口產生氧氣，A出口流出硫酸；同理，右側加入含KOH的水，說明右邊制備KOH溶液，H^＋在Y極發生還原反應，說明Y極為陰極，與電源負極相連，右邊溶液中OH^－增多，硫酸鉀溶液中K^＋向右遷移，N為陽離子交換膜。所以，C出口產生氫氣，D出口流出KOH溶液。(3)若將制得的氫氣和氧氣在氫氧化鉀溶液中構成原電池，正極反應式為O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－，負極反應式為2H₂－4e^－＋4OH^－=4H₂O。(4)n(H₂)＝0.5 mol,2H^＋＋2e^－=H₂↑，得電子為1 mol，X極的反應式為4OH^－－4e^－=2H₂O＋O₂↑或2H₂O－4e^－=4H^＋＋O₂↑，根據電子守恒知，生成H^＋的物質的量為1 mol，故生成0.5 mol H₂SO₄，m(H₂SO₄)＝49 g。