Question

4．（1）如圖1所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U形管中．

①僅K₁閉合，石墨棒周圍溶液pH升高，其電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②僅K₂閉合，在鐵棒附近滴加酚酞顯紅色，理由是H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2e^-=H₂↑，使平衡正向移動(dòng)，結(jié)果c（H⁺）＜c（OH^-）（用平衡移動(dòng)原理解釋）．
③僅K₂閉合，發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（2）海水的綜合利用可以制備金屬鎂和精鹽，其流程如圖2所示：
①步驟a中，溶解、過濾、蒸發(fā)三個(gè)階段都要用到的一種玻璃儀器是玻璃棒．
②為使母液中的Mg²⁺完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂（離子濃度小于10^-5mol•L^-1時(shí)，沉淀就達(dá)完全），步驟b中溶液的pH至少要控制在11．（常溫下，Mg（OH）₂的K_sp=1×10^-11）
③步驟c必須在氯化氫氣體的氛圍中加熱蒸發(fā)才能完成，試用化學(xué)方程式表示在無氯化氫的情況下不能生成無水MgCl₂的原理MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑．
④完成步驟d的化學(xué)方程式MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．

Answer 1

分析 （1）①僅K₁閉合，為原電池，鐵發(fā)生吸氧腐蝕，石墨電極氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②僅K₂閉合，為電解池，鐵為陰極，石墨為陽極，電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，鐵棒上水電離產(chǎn)生的氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，促進(jìn)了水的電離平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致c（H⁺）＜c（OH^-）；
③僅K₂閉合，為電解池，鐵為陰極，石墨為陽極，電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；
（2）①在溶解操作中，玻璃棒起到攪拌以加快粗鹽的溶解的作用；過濾操作中，玻璃棒的作用是引流；蒸發(fā)操作中，玻璃棒起到攪拌而使液體受熱均勻的作用；
②使c（Mg²⁺）×c²（OH^-）≤K_sp，鎂離子沉淀完全；
③氯化鎂水解生成氫氧化鎂和氯化氫；
④電解無水氯化鎂生成鎂單質(zhì)與氯氣．

解答 解：（1）①僅K₁閉合，為原電池，鐵發(fā)生吸氧腐蝕，石墨電極氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②僅K₂閉合，為電解池，鐵為陰極，石墨為陽極，電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，鐵棒上水電離產(chǎn)生的氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2 e^-=H₂↑，使平衡正向移動(dòng)，結(jié)果c（H⁺）＜c（OH^-），所以在鐵棒附近滴加酚酞顯紅色；
故答案為：H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2 e^-=H₂↑，使平衡正向移動(dòng)，結(jié)果c（H⁺）＜c（OH^-）；
③僅K₂閉合，為電解池，鐵為陰極，石墨為陽極，電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，離子方程式：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
；
故答案為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（2）①粗鹽的主要成分是氯化鈉，粗鹽提純是通過溶解（把不溶物與食鹽初步分離）、過濾（把不溶物徹底除去）、蒸發(fā)（食鹽從溶液中分離出來而得到食鹽的過程）．在溶解、過濾、蒸發(fā)操作中都要用到的玻璃儀器是玻璃棒，在溶解操作中，玻璃棒起到攪拌以加快粗鹽的溶解的作用；過濾操作中，玻璃棒的作用是引流；蒸發(fā)操作中，玻璃棒起到攪拌而使液體受熱均勻的作用；
故答案為：玻璃棒；
②為使母液中的Mg²⁺完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂（離子濃度小于10^-5mol•L^-1時(shí)，沉淀就達(dá)完全），則應(yīng)滿足：10^-5mol•L^-1×C²（OH-）≤1×10^-11，
解得：C（OH-）=10^-3mol/L，則氫離子濃度為：$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-3}}$=10^-11（mol/L），pH=11；
故答案為：11；
③氯化鎂水解生成氫氧化鎂和氯化氫，方程式：MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑，加熱氯化氫揮發(fā)，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，所以得到的為氫氧化鎂沉淀，在氯化氫氛圍中可以抑制氯化鎂水解而得到氯化鎂；
故答案為：MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑；
④電解無水氯化鎂生成鎂單質(zhì)與氯氣，電解方程式：MgCl₂ （熔融）   $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$   Mg+Cl₂↑；
故答案為：MgCl₂ （熔融）   $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$   Mg+Cl₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了電解池、原電池、鹽類水解及化學(xué)平衡移動(dòng)，明確電解池、原電池工作原理及電極方程式的書寫，熟悉鹽類水解的性質(zhì)及影響鹽類水解的因素是解題關(guān)鍵，題目難度中等．