Question

【題目】電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)基礎(chǔ)。

(1)寫出電解飽和氯化鈉溶液時(shí)的總的離子反應(yīng)方程式：________________________________________。

(2)當(dāng)陰極產(chǎn)生1molH2時(shí)，通過陽離子交換膜的Na+有_________mol；

(3)產(chǎn)生的氯氣可用于制TiCl4，但TiO2與Cl2難以直接反應(yīng)，加碳生成CO、CO2可使反應(yīng)得以進(jìn)行。回答：

已知：TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

①TiO2與Cl2難以直接反應(yīng)的原因是__________________________________________

②加碳生成CO、CO2后得以進(jìn)行原因是________________________________________________________

(4)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能30%以上。在這種工藝設(shè)計(jì)中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中的電極未標(biāo)出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。

①圖中Y是________ (填化學(xué)式)；

②寫出燃料電池B中負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)：______________________________________________

③比較圖示中氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小：a%_______b%（填＞、＝或＜）

Answer 1

【答案】2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑2 △H - TΔS＞0TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1，反應(yīng)△H＜0，△H - TΔS＜0使反應(yīng)得以進(jìn)行H2H2 + 2OH－ -2e- = 2H2O＜

【解析】

（1）電解飽和食鹽水時(shí)，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電；

（2）溶液中電荷守恒；

（3）①根據(jù)焓判據(jù)和熵判據(jù)判斷反應(yīng)的方向；

②TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

根據(jù)蓋斯定律，兩式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1；

（4）①根據(jù)離子放電原理判斷產(chǎn)物；突破口在于B燃料電池這邊，通空氣一邊為正極（還原反應(yīng)），那么左邊必然通H2，這樣Y即為H2；

②再轉(zhuǎn)到左邊依據(jù)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式可知唯一未知的X必然為Cl2；A中的NaOH進(jìn)入燃料電池正極再出來，依據(jù)O2+4e－+2H2O=4OH－可知NaOH濃度增大．；

③氫氧燃料電池最后產(chǎn)生的是水，溶液稀釋。

（1）電解飽和食鹽水時(shí)，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電，同時(shí)溶液中生成氫氧化鈉，所以電解池的總反應(yīng)為：2Cl- + 2H2O2OH- + H2↑ + Cl2↑ ；

（2）當(dāng)陰極產(chǎn)生1molH2時(shí)，溶液中產(chǎn)生2molOH- ，通過陽離子交換膜的Na+有2mol；

（3）①根據(jù)焓判據(jù)和熵判據(jù)判斷反應(yīng)的方向：TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1，反應(yīng)的△H1>0，ΔS<0，△H - TΔS＞0。
②TiO2(s) +2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+175.4kJmol﹣1

2C(s) + O2(g)=2CO(g) △H2=﹣220.9kJmol﹣1

根據(jù)蓋斯定律，兩式相加得TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) = TiCl4(g) + 2CO(g) △H =-45.5kJmol﹣1，反應(yīng)△H＜0，△H - TΔS＜0，故反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行；

（4）①電解飽和食鹽水時(shí)，陽極上氯離子失電子生成氯氣，陰極上氫離子得電子生成氫氣，故Y為H2；

②氫氧燃料電池的電解質(zhì)是堿時(shí)，電池總反應(yīng)式均可表示為：2H2+O2=2H2O，其負(fù)極反應(yīng)表示為：H2 + 2OH－ -2e- = 2H2O；

③由于燃料電池正極發(fā)生O2+4e－+2H2O=4OH－，燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH－，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于b% 。