Question

工業上生產氯氣，常用電解槽中電解飽和食鹽水，為了避免電解產物之間發生反應，常用陽離子交換膜將電解槽隔成兩部分。下圖（左圖）為電解槽的示意圖。
⑴這種陽離子交換膜，只允許溶液中的    通過。(填下列微粒的編號)
①    ②   ③  ④  ⑤  ⑥
⑵寫出在電解過程中陽極發生的電極方程式：    。
⑶已知某電解槽每小時加入10%的氫氧化鈉溶液10kg，每小時能收集到標況下的氫氣896L,而且兩邊的水不能自由流通。則理論上計算，電解后流出的氫氧化鈉溶液的質量分數為    。

⑷某化學課外興趣小組設計了用電解法制取乙醇鈉的工業方法，所用的電解槽如上右圖所示，設計要求：①所用的交換膜不能讓分子自由通過；②電解過程中消耗的原料是氫氧化鈉和乙醇�；卮鹣铝袉栴}：
寫出在電解過程中陽極發生的電極方程式    。
②最后從乙醇鈉的乙醇溶液中分離得到純凈乙醇鈉固體的方法是：     。
（5）如圖所示的是一個燃料電池的示意圖，當此燃料電池工作時，

①如果a極通入H₂，b極通入O₂，NaOH溶液作電解質溶液，則負極發生的電極方程式：              
②如果a極通入CH₄，b極通入O₂，NaOH作電解質溶液，則負極發生的電極方程式：    

Answer 1

（1）③⑤; （2）陽極：2Cl^─-2e-=Cl₂； （3）35.7%；
（4）①陽極：4OH^-+4e-=2H₂O+O₂↑；②蒸發結晶
（5） ①H₂+2OH^--2e-=2H₂O ；②CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O

試題分析：⑴這種陽離子交換膜，只允許溶液中的陽離子H⁺、Na⁺通過，所以選項是③⑤; ⑵寫出在電解過程中陽極上陰離子放電。由于放電能力Cl^->OH^-，所以在陽極上發生的電極方程式：2Cl^─-2e-=Cl₂；（3）n(H₂)=896L÷22.4L/mol=40mol.及氫氣的質量是80g,所以根據電解的方程式：2NaCl＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2NaOH可知會產生80mol的NaOH,其質量是80mol×40g/mol=3200g。溶液增加的質量為增加的鈉元素的質量減去生成氫氣的質量=2×(896L÷22.4L/mol)× 23g/mol-80g=1760g；溶液中溶質氫氧化鈉的質量為10000g×10%+3200g=4200g，溶液的質量為10000g+1760g=11760g，所以電解后流出的氫氧化鈉溶液的質量分數為（4200g÷11760g）×100%35.7%；（4）①電解池中和電源的負極相連的是電解池的陰極，陰極上乙醇得電子發生還原反應，即2CH₃CH₂OH+ 2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑在電解過程中陽極上OH^-失去電子被氧化為氧氣，發生的電極方程式是4OH^-+ 4e-=2H₂O+O₂↑；②因為乙醇鈉是鹽，沸點較高，而乙醇是有分子構成的物質，沸點較低，所以最后從乙醇鈉的乙醇溶液中分離得到純凈乙醇鈉固體的方法是：蒸發結晶。（5）在燃料電池中通入燃料的電極是負極，發生氧化反應，通入空氣或氧氣的電極為正極，在正極上發生還原反應。①如果a極通入H₂，b極通入O₂，NaOH溶液作電解質溶液，則負極發生的電極方程式是H₂+2OH^--2e-=2H₂O ；②如果a極通入CH₄，b極通入O₂，NaOH作電解質溶液，則負極發生的電極方程式：CH₄+10OH^-+8e^-=CO₃^2-+7H₂O