Question

臭氧是一種在生產(chǎn)生活中有著廣泛運(yùn)用的化學(xué)物質(zhì)，可以用于凈化空氣、飲用水消毒、處理工業(yè)廢物和作為漂白劑．目前常用的人工制備臭氧的方法有：電暈放電法、電化學(xué)法、紫外線法等．其中電化學(xué)法因其設(shè)備簡易，使用維修簡單、安全，生成臭氧成分純凈等特點而得到廣泛運(yùn)用．某課外小組運(yùn)用如圖裝置以PbO₂做陽極，Pt電極為陰極電解飽和K₂SO₄溶液制備O₃，并采用碘量法測定臭氧的產(chǎn)率．（已知電解時在陽極可能有生成O₂的副反應(yīng)發(fā)生，碘量法測定的過程中不考慮O₂和KI反應(yīng) ）
臭氧產(chǎn)率=

實際產(chǎn)量

理論產(chǎn)量

×100%
實驗過程如下：
①按如圖連接好裝置，檢查氣密性后接通電源開始進(jìn)行反應(yīng)．
②電解的過程中以1.5L/min的速率鼓入N₂，使產(chǎn)生的O₃能夠完全被KI溶液吸收，反應(yīng)后有O₂生成（不考慮該過程中溶液體積變化）．
③電解20min后，通過量筒測得右室中產(chǎn)生的氣體體積為224ml（已轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
④將充分吸收了O₃的300ml KI溶液取出30.00ml，加入2滴0.1mol/L的淀粉溶液作指示劑，用0.01mol/L的Na₂S₂O₃溶液進(jìn)行滴定．測得消耗Na₂S₂O₃溶液的體積為31.00ml．（已知反應(yīng)的化學(xué)方程式為：I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI ）
（1）右室產(chǎn)生的氣體為

 

（填化學(xué)式），寫出左室發(fā)生的電極反應(yīng)方程式

 

．
（2）寫出KI溶液吸收O₃的化學(xué)方程式

 

．
（3）該實驗過程中鼓入N₂的速率不能過快，若鼓入太快測定出臭氧的產(chǎn)率將偏

 

（填“大”或“小”），根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，該裝置產(chǎn)生臭氧的產(chǎn)率為

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）由圖和提示可知，右室為陰極室，電解飽和K₂SO₄溶液陰極應(yīng)該為H⁺放電，所以在陰極室應(yīng)該產(chǎn)生H₂；左室為陽極室，陽極產(chǎn)生O₃，電極反應(yīng)為3H₂O-6e=O₃+6H⁺；
（2）KI溶液作為吸收液吸收O₃是運(yùn)用了I^-的還原性，所以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH；
（3）若通入N₂的速率過快，O₃和KI反應(yīng)不充分，測出的I₂量偏小則算出的O₃產(chǎn)率就會偏小；根據(jù)陰極產(chǎn)生22.4ml 0.001mol H₂可知電解過程中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為 0.002 mol，理論上可生產(chǎn)O₃ 0.001÷3 mol，實際上產(chǎn)生的O₃，可通過消耗的Na₂S₂O₃與O₃之間的關(guān)系算出，為1.55×10^-4mol，于是可算出產(chǎn)率為46.5%．

解答： 解：（1）由圖和提示可知，右室為陰極室，電解飽和K₂SO₄溶液陰極應(yīng)該為H⁺放電，所以在陰極室應(yīng)該產(chǎn)生H₂；左室為陽極室，陽極產(chǎn)生O₃，電極反應(yīng)為3H₂O-6e=O₃+6H⁺，故答案為：H₂； 3H₂O-6e=O₃+6H⁺； 
（2）KI溶液作為吸收液吸收O₃是運(yùn)用了I^-的還原性，所以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH，故答案為：O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH；
（3）若通入N₂的速率過快，O₃和KI反應(yīng)不充分，測出的I₂量偏小則算出的O₃產(chǎn)率就會偏��；
根據(jù)陰極產(chǎn)生22.4ml 即0.001mol H₂可知電解過程中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為0.001mol×2=0.002 mol，根據(jù)得失電子守恒理論上可生產(chǎn)O₃

0.002

6

=

1

3

×10^-3mol，實際上產(chǎn)生的O₃，
根據(jù)O₃+2KI+H₂O=O₂+I₂+2KOH和I₂+2Na₂S₂O₃=Na₂S₄O₆+2NaI 得出
O₃ ～I(xiàn)₂ ～2Na₂S₂O₃
1                       2
1.55×10^-4mol       0.01mol/L×0.031L=3.1×10^-4mol
于是出產(chǎn)率為

1.55×10 -4

1 3 ×10 -3

×100%=46.5%，故答案為：偏小；46.5%．

點評：本題綜合考查電解原理及其利用滴定計算產(chǎn)率，側(cè)重于電極方程式的考查和按方程式進(jìn)行計算，注意把握電極反應(yīng)的判斷和書寫以及根據(jù)方程式的系數(shù)關(guān)系計算，答題中注意體會方法．