Question

15．某課外活動小組設(shè)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(guān)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(yīng)式：Fe-2e^-═Fe²⁺；若陰極產(chǎn)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(zhì)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(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）實驗時打開止水夾a，關(guān)閉止水夾b，觀察到A裝置中燒瓶內(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，若無現(xiàn)象，說明理由，若有現(xiàn)象，請寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式（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(chǎn)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(yīng)，即陰極上是電解質(zhì)中的陽離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算陽離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動；
（2）實驗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)噴泉實驗的裝置，燒瓶內(nèi)外存在壓強差時就會產(chǎn)生噴泉，根據(jù)大氣壓強原理確定噴泉實驗結(jié)束時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，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進行電解，陽極產(chǎn)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(yīng)，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質(zhì)中的陽離子氫離子發(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(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，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(yīng)生成氨氣，反應(yīng)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(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，因為在陰極鉑電極上產(chǎn)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(chǎn)生紅色噴泉，當燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平時，燒瓶內(nèi)外壓強相等，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裝置中的噴泉實驗后，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，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)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?qū)⒀b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(yīng)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(cè)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(chǔ)與分析解決問題的能力．