Question

15．某課外活動小組設計了如圖1所示的裝置，控制電流強度適中的情況下用其進行 模擬氯堿工業(yè)緩慢電解NaCl溶液及相關實驗．由于粗心，實驗并未達到預期目的，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）．請幫助他們分析并回答下列問題：

（1）寫出B裝置中陽極的反應式：Fe-2e^-═Fe²⁺；若陰極產生的氣體體積為11.2mL（標準狀況），則通過交換膜的鈉離子的物質的量為0.001 mol；用平衡移動原理解釋陰極區(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，OH^-濃度增大，pH增大．
（2）制備氨氣的方法有多種，寫出實驗室制備NH₃的化學方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
裝置D可快速大量地制取NH₃，燒瓶內固體宜選用BE．
A．堿石灰    B．生石灰    C．二氧化硅    D．五氧化二磷    E．燒堿
（3）實驗時打開止水夾a，關閉止水夾b，觀察到A裝置中燒瓶內的現(xiàn)象有：
①A燒杯中的水倒吸并產生紅色噴泉；
②燒瓶中液面上升到高于左側尖嘴一定程度后又逐漸下落至與尖嘴相平．
（4）當觀察到A裝置中的現(xiàn)象后，他們關閉止水夾a，打開止水夾b．再觀察C裝置，若無現(xiàn)象，說明理由，若有現(xiàn)象，請寫出有關反應的化學方程式（是離子反應的寫離子方程式）：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓．
（5）為了達到該實驗的目的，小組同學進行改進，先將Fe極材料（填“Fe”或“Pt”）更換，若要驗證該實驗的陽極產物，還需在B、C裝置之間添加一個裝置，試在如圖2的方框中畫出此裝置圖并標出所需試劑．

Answer 1

分析 （1）電解氯化鈉時，在電解池的陽極是活潑電極鐵本身失去電子發(fā)生氧化反應，即陰極上是電解質中的陽離子發(fā)生得電子的還原反應；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，根據n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算氫氣的物質的量，根據電子轉移守恒計算陽離子的物質的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動；
（2）實驗室制備氨氣是利用固體氯化和氫氧化鈣加熱反應生成氨氣；生石灰與水反應生成氫氧化鈣，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)噴泉實驗的裝置，燒瓶內外存在壓強差時就會產生噴泉，根據大氣壓強原理確定噴泉實驗結束時的液面高低變化情況，根據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，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應該選擇惰性電極進行電解，陽極產物為氯氣，選擇驗證氯氣存在的裝置．

解答 解：（1）在電解池的陽極是活潑電極本身失去電子發(fā)生氧化反應，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質中的陽離子氫離子發(fā)生得電子的還原反應，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑），在陰極產生氫氣的物質的量為$\frac{11.2×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.0005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，故交換膜的陽離子的物質的量為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，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，OH^-濃度增大，pH增大；
（2）實驗室制備氨氣是利用固體氯化和氫氧化鈣加熱反應生成氨氣，反應的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，生石灰與氨水中的水反應生成氫氧化鈣，放出大量的熱，有利于氨氣的逸出；堿石灰為堿性干燥劑，常用來干燥氨氣，二氧化硅與氨水不反應、五氧化二磷與氨水反應吸收氨氣，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，因為在陰極鉑電極上產生了氫氣，所以導致A燒杯中氣壓增大，氨氣和水接觸后，因氨氣極易溶于水導致水倒吸并產生紅色噴泉，當燒瓶中液面上升到高于左側導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平時，燒瓶內外壓強相等，噴泉現(xiàn)象結束，由于氨水顯堿性，所以最后A燒杯溶液呈紅色，并且在導管有氣泡氫氣溢出，
故答案為：A燒杯中的水倒吸并產生紅色噴泉；
（4）在A裝置中的噴泉實驗后，關閉止水夾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或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓，
故答案為：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓；
（5）在電解飽和食鹽水時，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應該選擇惰性電極進行電解，可以把Fe電極換成Pt等惰性電極或將裝置中兩電極換位置等，惰性電極電解氯化鈉溶液，陽極電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，驗證氯氣，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色，所以在B、C裝置之間添加一個裝置為，
故答案為：Fe；．

點評 本題考查較為綜合，考查了電化學中的電解原理和化學計算等等問題，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意電解NaCl溶液知識的把握，是對學生綜合能力的考查，需要學生具有扎實的基礎與分析解決問題的能力．