Question

甲、乙的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，丙、丁分別是氯堿工業(yè)生產(chǎn)示意圖和制備金屬鈦的示意圖。

 

請(qǐng)回答下列問題：

(1)寫出甲裝置中碳棒表面的電極反應(yīng)式：_______________________________。

(2)已知：5Cl2＋I2＋6H2O=10HCl＋2HIO3。若將濕潤的淀粉?KI試紙置于乙裝置中的碳棒附近，現(xiàn)象為________________________________；若乙裝置中轉(zhuǎn)移0.02 mol電子后停止實(shí)驗(yàn)，燒杯中溶液的體積為200 mL，則此時(shí)溶液的pH＝________。(室溫條件下，且不考慮電解產(chǎn)物的相互反應(yīng))

(3)工業(yè)上經(jīng)常用到離子交換膜，離子交換膜有陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種，陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過。當(dāng)乙裝置中的反應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，為了阻止兩極產(chǎn)物之間的反應(yīng)，通常用如丙圖所示的裝置，Na＋的移動(dòng)方向如圖中標(biāo)注，則H2的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)將陽離子交換膜換成陰離子交換膜。

(4)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaO作電解質(zhì)，利用丁裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極的電極反應(yīng)式：___________________________________________。

②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是(請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語解釋)__________________________________________________________。

③電解過程中需定期更換陽極材料的原因是____________________________。

 

Answer 1

　(1)O2＋2H2O＋4e－=4OH－

(2)試紙開始變藍(lán)，一段時(shí)間后藍(lán)色褪去　13

(3)E　不能

(4)①2O2－－4e－=O2↑

②制備Ti時(shí)，在電解槽中發(fā)生的反應(yīng)：陰極2Ca2＋＋4e－=2Ca、陽極2O2－－4e－=O2↑和2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由此可知CaO的量不變

③石墨與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少

【解析】　(1)甲裝置中鋅作負(fù)極，碳棒作正極，碳棒表面的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。

(2)由乙裝置中電子流向可知Fe為電解池的陰極，C為電解池的陽極，電解飽和食鹽水時(shí)，碳棒上的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，若將濕潤的淀粉?KI試紙置于碳棒附近，試紙開始變藍(lán)，一段時(shí)間后藍(lán)色褪去；惰性電極電解飽和食鹽水的總反應(yīng)式為2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，則n(OH－)＝n(e－)＝0.02 mol，c(OH－)＝0.1 mol·L－1，所以溶液的pH＝13。

(3)Na＋移向陰極區(qū)，陰極上產(chǎn)生H2，H2從E口逸出；若改用陰離子交換膜，電解產(chǎn)生的OH－移向陽極區(qū)，能與陽極產(chǎn)生的Cl2發(fā)生反應(yīng)：2OH－＋Cl2=Cl－＋ClO－＋H2O，故不能改用陰離子交換膜。

(4)根據(jù)題設(shè)條件，熔融CaO電離產(chǎn)生Ca2＋、O2－。Ca2＋在陰極獲得電子生成Ca,2Ca2＋＋4e－=2Ca，O2－在陽極失去電子產(chǎn)生O2,2O2－－4e－=O2↑。生成的Ca與TiO2發(fā)生置換反應(yīng)：2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，可見CaO的總量不變。陽極產(chǎn)生的O2與石墨發(fā)生反應(yīng)生成CO2，所以電解過程中，應(yīng)補(bǔ)充被消耗的陽極材料石墨。