Question

【題目】某同學用下圖裝置電解硫酸鉀溶液來獲得氧氣、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________(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，圖中少量硫酸和少量氫氧化鉀的作用是________________________________________。

（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）若使用鉛蓄電池作電源完成上述電解，當制得11.2 L標準狀況下的氫氣時，理論上鉛蓄電池消耗硫酸________ mol，正極板質量增加______g，負極板質量增加________g。

Answer 1

【答案】 正 C 陰離子 陽離子 增強溶液導電性 H2－2e－＋2OH－===2H2O 1 32 48

【解析】目的是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，由裝置圖可知，硫酸應在左室得到，KOH在右室得到，左室為陽極室，氫氧根離子放電生成氧氣，M為陰離子交換膜，硫酸根離子通過陰離子交換膜進入左室，右室為陰極室，氫離子放電生成氫氣，N為陽離子交換膜，鉀離子通過陽離子交換膜進入右室。則

（1）左室為陽極室，X極與電源正極相連，右室為陰極室，氫離子放電生成氫氣，氫氣從C口導出。（2）由上述分析可知，M為陰離子交換膜，N為陽離子交換膜。硫酸與氫氧化鉀均是強電解質，圖中少量硫酸和少量氫氧化鉀的作用是增強溶液導電性；（3）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），負極發生氧化反應，氫氣在負極失去電子，堿性條件下生成水，負極電極反應式為：H2－2e－＋2OH－＝2H2O；（4）生成氫氣物質的量為11.2L÷22.4L/mol=0.5mol，轉移電子為0.5mol×2=1mol。鉛蓄電池的總反應為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)，所以理論上鉛蓄電池消耗硫酸1mol，正極板發生反應：PbO2(s)+2e－+4H＋(aq)+SO42－aq)＝PbSO4(s)+H2O(l)，所以正極板質量增加0.5mol×303g/mol－0.5mol×239g/mol＝32g，負極板反應為Pb(s)－2e－+SO42－(aq)＝PbSO4(s)，質量增加0.5mol×96g/mol＝48g。