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10.如图所示三套实验装置,分别回答下列问题.

(1)图1中,①若开始时开关K与a连接,则该装置为原电池(填装置名称),电极A的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
②若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑
(2)2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池,它用磺酸类质子溶剂,在200°C左右时供电,电池示意如图2所示:
①b极(填a或b)为电池的正极,电池工作时电流方向为b→a(填a→b或b→a)
②写出该电池负极的电极反应式C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+
(3)用图3装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾(电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过).
①该电解槽的阴极反应式为2H++2e-=H2↑.
②制得的硫酸溶液从出口A(填“A”、“D”)导出,并简述原因阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH--4e-=2H2O+O2↑,阳极氢氧根离子放电,因此硫酸根离子向阳极移动,该电极上会产生硫酸(请用化学用语和文字解释)

分析 (1)①开始时开关K与a连接形成原电池反应,发生吸氧腐蚀,B电极铁做负极失电子生成亚铁离子,A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子;
②开始时开关K与b连接形成电解池,与电源正极相连的A电极为阳极,溶液中氯离子失电子生成氯气,与电源负极相连的B电极为电解池的阴极,溶液中氢离子得到电子生成氢气,电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气;
(2)在燃料电池中,燃料在负极发生失电子的反应,电流在电路中从正极流向负极;
(3)电解时,溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力,阳极上失电子发生氧化反应,电解产生的氢氧化钾在阴极产生.

解答 解:(1)①开始时开关K与a连接形成原电池反应,发生吸氧腐蚀,A电极石墨做正极溶液中氧气得到电子生成氢氧根离子,电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,
故答案为:原电池;O2+2H2O+4e-=4OH-;
②开关K与b连接,装置为电解池,铁为阴极,发生还原反应,氢离子得到电子生成氢气,即B电极反应为2H++2e-=H2↑;电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气,电解总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑,
故答案为:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑;
(2)①燃料电池中,燃料乙醇在负极发生失电子的反应,氧气是在正极上发生得电子的反应,电流在电路中从正极流向负极,根据质子移动方向,可以知道b是正极,a是负极,故答案为:b;b→a;
②该电池负极的电极反应式为:C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+,故答案为:C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+;
(3)①电解时,阴极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为:2H++2e-=H2↑,故答案为:2H++2e-=H2↑;
②阳极上失电子发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力,所以阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH--4e-=2H2O+O2↑,阳极氢氧根离子放电,因此硫酸根离子向阳极移动,该电极上会产生硫酸,阴极氢离子放电,因此钾离子向阴极移动,电解产生的氢氧化钾在阴极生成,所以氢氧化钾溶液从出口D流出,制得的硫酸溶液从A口流出,
故答案为:A;阳极上氢氧根离子失电子生成水和氧气4OH--4e-=2H2O+O2↑,阳极氢氧根离子放电,因此硫酸根离子向阳极移动,该电极上会产生硫酸.

点评 本题考查原电池和电解池知识,题目难度中等,本题注意把握根据电池总反应书写电极方程式的方法.

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$\left.\begin{array}{l}$CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-890.3KJ/mol   H2(g)+1/2O2(g)=H2O(1)△H=-285.8KJ/mol则CO2(g)和H2(g)反应生成液态水的热化学方程式为:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ•mol-1.

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