Question

15．某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖1所示的裝置，控制電流強(qiáng)度適中的情況下用其進(jìn)行 模擬氯堿工業(yè)緩慢電解NaCl溶液及相關(guān)實(shí)驗(yàn)．由于粗心，實(shí)驗(yàn)并未達(dá)到預(yù)期目的，但也看到了令人很高興的現(xiàn)象（鈉離子交換膜只允許鈉離子和水通過）．請(qǐng)幫助他們分析并回答下列問題：

（1）寫出B裝置中陽(yáng)極的反應(yīng)式：Fe-2e^-═Fe²⁺；若陰極產(chǎn)生的氣體體積為11.2mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則通過交換膜的鈉離子的物質(zhì)的量為0.001 mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大．
（2）制備氨氣的方法有多種，寫出實(shí)驗(yàn)室制備NH₃的化學(xué)方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
裝置D可快速大量地制取NH₃，燒瓶?jī)?nèi)固體宜選用BE．
A．堿石灰    B．生石灰    C．二氧化硅    D．五氧化二磷    E．燒堿
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)打開止水夾a，關(guān)閉止水夾b，觀察到A裝置中燒瓶?jī)?nèi)的現(xiàn)象有：
①A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉；
②燒瓶中液面上升到高于左側(cè)尖嘴一定程度后又逐漸下落至與尖嘴相平．
（4）當(dāng)觀察到A裝置中的現(xiàn)象后，他們關(guān)閉止水夾a，打開止水夾b．再觀察C裝置，若無(wú)現(xiàn)象，說明理由，若有現(xiàn)象，請(qǐng)寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式（是離子反應(yīng)的寫離子方程式）：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓．
（5）為了達(dá)到該實(shí)驗(yàn)的目的，小組同學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，先將Fe極材料（填“Fe”或“Pt”）更換，若要驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)的陽(yáng)極產(chǎn)物，還需在B、C裝置之間添加一個(gè)裝置，試在如圖2的方框中畫出此裝置圖并標(biāo)出所需試劑．

Answer 1

分析 （1）電解氯化鈉時(shí)，在電解池的陽(yáng)極是活潑電極鐵本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即陰極上是電解質(zhì)中的陽(yáng)離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽(yáng)離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)；
（2）實(shí)驗(yàn)室制備氨氣是利用固體氯化和氫氧化鈣加熱反應(yīng)生成氨氣；生石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，放出大量的熱，燒堿溶于氨水中的水放出大量的熱，有利于氨氣的逸出；
（3）裝置A是引發(fā)噴泉實(shí)驗(yàn)的裝置，燒瓶?jī)?nèi)外存在壓強(qiáng)差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生噴泉，根據(jù)大氣壓強(qiáng)原理確定噴泉實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的液面高低變化情況，根據(jù)溶液的酸堿性確定溶液顏色的變化情況；
（4）氫氧化鈉可以和含有亞鐵離子的鹽發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵紅褐色沉淀；
（5）在電解飽和食鹽水時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進(jìn)行電解，陽(yáng)極產(chǎn)物為氯氣，選擇驗(yàn)證氯氣存在的裝置．

解答 解：（1）在電解池的陽(yáng)極是活潑電極本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質(zhì)中的陽(yáng)離子氫離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑），在陰極產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{11.2×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.0005mol，通過陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.0005mol×2=0.001mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，
故答案為：Fe-2e^-═Fe²⁺；0.001；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大；
（2）實(shí)驗(yàn)室制備氨氣是利用固體氯化和氫氧化鈣加熱反應(yīng)生成氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，生石灰與氨水中的水反應(yīng)生成氫氧化鈣，放出大量的熱，有利于氨氣的逸出；堿石灰為堿性干燥劑，常用來(lái)干燥氨氣，二氧化硅與氨水不反應(yīng)、五氧化二磷與氨水反應(yīng)吸收氨氣，燒堿溶于氨水中的水放出大量的熱，有利于氨氣的逸出，所以BE符合，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（3）在電解池中，因?yàn)樵陉帢O鉑電極上產(chǎn)生了氫氣，所以導(dǎo)致A燒杯中氣壓增大，氨氣和水接觸后，因氨氣極易溶于水導(dǎo)致水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉，當(dāng)燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導(dǎo)管一定程度后又逐漸下落至與導(dǎo)管相平時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)相等，噴泉現(xiàn)象結(jié)束，由于氨水顯堿性，所以最后A燒杯溶液呈紅色，并且在導(dǎo)管有氣泡氫氣溢出，
故答案為：A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉；
（4）在A裝置中的噴泉實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉止水夾a，打開止水夾b，C裝置中，含有亞鐵離子的鹽和其中的氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵紅褐色沉淀，即Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓，
故答案為：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓；
（5）在電解飽和食鹽水時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進(jìn)行電解，可以把Fe電極換成Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等，惰性電極電解氯化鈉溶液，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，驗(yàn)證氯氣，可選擇淀粉碘化鉀溶液，氯氣可將碘化鉀氧化生成碘，能使淀粉碘化鉀溶液變藍(lán)色，所以在B、C裝置之間添加一個(gè)裝置為，
故答案為：Fe；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，考查了電化學(xué)中的電解原理和化學(xué)計(jì)算等等問題，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意電解NaCl溶液知識(shí)的把握，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問題的能力．