Question

19．某同學(xué)用如圖所示裝置，通過電解飽和食鹽水探究氯氣相關(guān)性質(zhì)，其中A、B處的棉花浸有不同溶液．請按要求回答下列問題：

（1）圖中Pt電極接電源正（填“正”、“負(fù)”）極，此電解總反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
若在陰極產(chǎn)生448mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況，假設(shè)完全從U形管右側(cè)支管導(dǎo)出）后停止實(shí)驗(yàn)，測得U形管中溶液的體積為400mL，則常溫下此溶液的理論pH=13．
（2）上圖實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)存在不足，請?jiān)贑處方框內(nèi)畫出簡圖補(bǔ)充完善，并標(biāo)注必要試劑．
（3）通電一段時(shí)間后，可觀察到A、B處的棉花顏色均發(fā)生變化．
①A處發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺．
②B處先變紅，稍后又變?yōu)辄S色．其中先變紅的原因是Fe²⁺被Cl₂氧化產(chǎn)生Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺與SCN^-反應(yīng)生成Fe（SCN）₃呈紅色
（4）該同學(xué)為探究B處由紅變黃的原因又進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：取出B處棉花擠出變黃的溶液樣品分為兩份，取其中一份于試管X中滴加KSCN溶液，得紅色溶液．查資料知SCN^-電子式：他猜想：SCN^-可能被氯水氧化，導(dǎo)致溶液變黃．
①可能發(fā)生的反應(yīng)為（請配平）：SCN^-+□Cl₂+□H₂O=SO₄^2-+NO₃^-+□+□+CO₂當(dāng)0.5mol SCN^-參與反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)目為8N_A．
②設(shè)計(jì)一簡約實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此猜想成立：取第二份樣品溶液于試管Y中，滴加鹽酸、氯化鋇溶液；觀察有白色沉淀生成，則證明此設(shè)想成立．

Answer 1

分析 （1）電解飽和食鹽水，在陰極上產(chǎn)生氫氣，在陽極上產(chǎn)生氯氣，所以陽極是惰性電極，根據(jù)電解產(chǎn)物書寫電解方程式；
（2）氯氣有毒，要用氫氧化鈉進(jìn)行尾氣處理；
（3）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，能將氯化亞鐵氧化為氯化鐵，鐵離子遇到硫氰化鉀顯示紅色；
（4）①根據(jù)SCN^-的電子式為可知，SCN^-中碳顯+4價(jià)，硫顯-2價(jià)，氮顯-3價(jià)，碳已經(jīng)是最高正價(jià)了，根據(jù)電子守恒配平SCN^-與Cl₂反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②驗(yàn)證此猜想成立，只要證明硫酸根離子的產(chǎn)生即可，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明白色沉淀為硫酸鋇，即溶液中有硫酸根離子．

解答 解：（1）電解飽和食鹽水，在陰極上產(chǎn)生氫氣，在陽極上產(chǎn)生氯氣，所以陽極是惰性電極，即Pt是陽極，金屬鐵是陰極，Pt電極接電源正極，電解氯化鈉的原理方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，若在陰極產(chǎn)生448mL氣體，即0.02mol的氫氣生成，所以產(chǎn)生氫氧化鈉是0.04mol，氫氧化鈉的濃度是$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，常溫下此溶液的理論pH=13，
故答案為：正；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；13；
（2）氯氣有毒，要用氫氧化鈉進(jìn)行尾氣處理，C處方框內(nèi)的圖示如下：，故答案為：；
（3）①氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，即Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺，故答案為：Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；
②氯氣具有氧化性，能將氯化亞鐵氧化為氯化鐵，鐵離子遇到硫氰化鉀顯示紅色，
故答案為：Fe²⁺被Cl₂氧化產(chǎn)生Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺與SCN^-反應(yīng)生成Fe（SCN）₃呈紅色；
（4）①根據(jù)SCN^-的電子式為可知，SCN^-中碳顯+4價(jià)，硫顯-2價(jià)，氮顯-3價(jià)，碳的化合價(jià)不變，S的化合價(jià)從-2價(jià)升高到+6價(jià)，共升高了8價(jià)，N元素的化合價(jià)總-3價(jià)升高到了+5價(jià)，所以共升高了8價(jià)，總共升高了16價(jià)，氯氣具有氧化性，還原產(chǎn)物是氯離子，化合價(jià)降低的是Cl元素，所以Cl₂的系數(shù)是8，Cl^-的前邊系數(shù)是16，根據(jù)電荷守恒，產(chǎn)物還需要18H⁺，根據(jù)元素守恒，反應(yīng)物水的系數(shù)是9，即反應(yīng)的離子反應(yīng)為：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=SO₄^2-+NO₃^-+16Cl^-+18H⁺+CO₂；反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子是16mol，當(dāng)0.5molSCN^-參與反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)目為8N_A，
故答案為：8、9、16 Cl^-、18H⁺；8N_A；
②驗(yàn)證此猜想成立，只要證明硫酸根離子的產(chǎn)生即可，硫酸根離子的檢驗(yàn)方法：加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明白色沉淀為硫酸鋇，即溶液中有硫酸根離子，證明猜想成立，
故答案為：鹽酸、氯化鋇溶液；白色沉淀．

點(diǎn)評 本題綜合考查電解池的工作原理、氯氣的性質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)的配平和離子的檢驗(yàn)知識，綜合性強(qiáng)，難度不大．