Question

（1）某课外活动小组同学用图1装置（M、N为外电源的两个电极）进行实验，试回答下列问题：

①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的_________腐蚀。请写出正极反应式：____________。

②若开始时开关K与b连接时，两极均有气体产生，则铁电极为__________极（填“阴”或“阳”），该电极上发生的电极反应式为_____________，总反应的离子方程式为________________。

（2）该小组同学设想，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。

①B出口导出的气体是__________，制得的氢氧化钠溶液从出口____________（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出。通过阴离子交换膜的离子数____________（填“>”、“<”或“=”）通过阳离子交换膜的离子数。

②氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，该电池的负极反应式为__________________。

Answer

（1） ① 吸氧(1分)； O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- ；

② 阴 2H+ + 2e- = H2↑(或2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH-)，

2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑+ Cl2↑

（2）①O2；D ； <； ②H2+ 2OH- - 2e- = 2H2O。

【解析】

试题分析：①若开始时开关K与a连接，则发生的原电池反应，由于食盐水是中性溶液，故铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，在正极发生的电极反应式是O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-；②若开始时开关K与b连接时，若Fe与电源的正极连接，Fe是活性电极，Fe电极就会发生反应：Fe-2e-=Fe2+，该电极就不会产生气体，实际上两极均有气体产生，则铁电极应该与电源的负极连接，为阴极，该电极上发生的电极反应式为2H+ + 2e- = H2↑，或2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH-；电解的总反应的离子方程式为2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑+ Cl2↑。（2）该小组同学设想，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。由于阳离子的放电能力H+>Na+，所以在阴极发生反应：2H+ + 2e- = H2↑，反应产生氢气，附近溶液中水的电离平衡被破坏，溶液中c(OH-)增大，因此溶液显碱性，有一定浓度的NaOH；溶液中阴离子的放电能力：OH->SO42-，所以在阳极发生反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，由于氢氧根离子放电，使附近溶液中H+浓度增大，溶液显酸性，附近的溶液为H2SO4溶液。①B出口导出的气体是O2，从A口出去的溶液含有硫酸溶液；制得的氢氧化钠溶液从出口D导出，C口处出去的气体是H2。由于SO42-带有2个单位的负电荷，Na+带有一个定位的正电荷，在整个闭合回路中电荷转移总量相等，所以通过阴离子交换膜的离子数<通过阳离子交换膜的离子数。②氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，通入燃料氢气的电极为负极，由于电解质溶液为NaOH碱性溶液，所以该电池的负极反应式为H2+ 2OH- - 2e- = 2H2O。

【考点定位】考查电化学反应原理的应用的知识。

【名师点睛】原电池是把化学能转化为电能的装置，根据该原理可以设计各种燃料电池。通入燃料的电极为负极，负极失去电子，发生氧化反应，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应。电极反应式与电解质溶液有关。以氢氧燃料电池为例。当电解质溶液为酸溶液时，负极反应式是：H2-2e-=2H+，正极反应式是O2+4e-+4H+=2H2O；当电解质溶液为碱性物质时，负极的电极反应式是：H2-2e-+2OH-=2H2O；正极的电极反应式是O2+4e-+2H2O =4OH-。因此要根据电解质溶液的酸碱性来书写电极反应的反应式。电解池是把电能转化为化学能的装置，与电源正极连接的电极为阳极，与电源负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极为活性电极(除金、铂之外的金属电极)，阳极失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极，则为溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应；阴极则是溶液中的阳离子放电，遵循离子放电顺序。掌握原电池、电解池反应原理是本题解答的关键。