Question

6．某化學興趣小組進行有關電解食鹽水的探究實驗，電解裝置如圖1所示．

實驗一：電解飽和食鹽水．
（1）簡述配制飽和食鹽水的操作：在燒杯中加入一定量的蒸餾水，邊攪拌邊加入食鹽固體，直到固體不再繼續溶解為止
（2）電解飽和食鹽水的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
實驗二：電解不飽和食鹽水及產物分析．相同條件下，電解1mol•L^-1NaCl溶液并收集兩極產生的氣體．在X處收集到V₁mL氣體，同時，在Y處收集到V₂mL氣體，停止電解．結果發現V₂＜V₁，且與電解飽和食鹽水相比，
Y處收集到的氣體顏色明顯較淺．經討論分析，導致上述現象的原因有：i．有部分C1₂溶解于NaCl溶液中；ii．有0₂生成．
（3）設計實驗證明有部分C1₂溶解于NaCl溶液中．實驗方案為取少量石墨電極附近溶液，滴在淀粉KI試紙上，試紙變藍．
（4）證明有O₂生成并測定O₂的體積．按如圖2所示裝置進行實驗．通過注射器緩緩地將在Y處收集到的V₂mL氣體全部推入裝置A（盛有足量試劑）中，最終，量氣管中收集到V₃mL氣體（設V₁，V₂，V₃均在相同條件下測得）．
①裝置A的作用是完全吸收氯氣．
②本實驗中，觀察到量氣管的右側液面上升的現象，說明石墨電極上有0₂生成．
③實驗中是否需要預先除凈裝置中的空氣？否（填“是”或“否”）．
（5）實驗二中，在石墨電極上生成Cl₂的總體積為V₁-2V₃mL（用代數式表示）．
實驗反思：
（6）由以上實驗推知，欲通過電解食鹽水持續地獲得較純凈的氯氣，電解時應控制的條件：①用飽和食鹽水；②控制NaCl溶液的濃度在一定范圍內．要進一步證明該推論，還需進行電解不同濃度食鹽水的平行實驗．

Answer 1

分析 （1）根據一定水中不能再溶解食鹽固體時所得的溶液即為飽和食鹽水來配制；
（2）電解飽和食鹽水陽極為氯離子失電子生成氯氣，陰極為氫離子得電子生成氫氣，據此書寫；
（3）根據氯氣可使濕潤的淀粉KI試紙變藍判斷；
（4）根據Y為陽極處收集到的V₂mL氣體中主要是氯氣，所以證明有O₂生成首先要除去氯氣，當量氣管的右側液面上升，則說明含有氧氣生成；根據本身的空氣對壓強不影響，所以實驗中不需要預先除凈裝置中的空氣；
（5）根據陰極X處收集到的氫氣為V₁mL氣體，陽極Y處收集到為氯氣和氧氣，根據（4）最終量氣管中收集到V₃mL氣體即氧氣，設在石墨電極上生成Cl₂的總體積為xml，則根據電解陰陽兩極的得失電子守恒計算；
（6）由以上實驗推知，欲通過電解食鹽水持續地獲得較純凈的氯氣，則使用飽和食鹽水盡量減小氯氣的溶解，電解過程中還要控制NaCl溶液的濃度在一定范圍內，保證不生成氧氣，據此分析．

解答 解：（1）一定水中不能再溶解食鹽固體時所得的溶液即為飽和食鹽水，所以配制飽和食鹽水的操作為在燒杯中加入一定量的蒸餾水，邊攪拌邊加入食鹽固體，直到固體不再繼續溶解為止，故答案為：在燒杯中加入一定量的蒸餾水，邊攪拌邊加入食鹽固體，直到固體不再繼續溶解為止；
（2）電解飽和食鹽水陽極為氯離子失電子生成氯氣，陰極為氫離子得電子生成氫氣，離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（3）因為氯氣可使濕潤的淀粉KI試紙變藍，所以證明有部分C1₂溶解于NaCl溶液中，可取少量石墨電極附近溶液，滴在淀粉KI試紙上，試紙變藍，說明含有氯氣，
故答案為：取少量石墨電極附近溶液，滴在淀粉KI試紙上，試紙變藍；
（4）①因為Y為陽極處收集到的V₂mL氣體中主要是氯氣，所以證明有O₂生成首先要除去氯氣，則裝置A的作用是完全吸收氯氣，故答案為：完全吸收氯氣；
②當量氣管的右側液面上升，則說明含有氧氣生成，故答案為：量氣管的右側液面上升；
③本身的空氣對壓強不影響，所以實驗中不需要預先除凈裝置中的空氣，故答案為：否；
（5）因為陰極X處收集到的氫氣為V₁mL氣體，陽極Y處收集到為氯氣和氧氣，根據（4）最終量氣管中收集到V₃mL氣體即氧氣，設在石墨電極上生成Cl₂的總體積為xml，則根據電解陰陽兩極的得失電子守恒，V₁×2=x×2+V₃×4，所以x=V₁-2V₃，故答案為：V₁-2V₃；
（6）由以上實驗推知，欲通過電解食鹽水持續地獲得較純凈的氯氣，則使用飽和食鹽水盡量減小氯氣的溶解，電解過程中還要控制NaCl溶液的濃度在一定范圍內，保證不生成氧氣，故答案為：用飽和食鹽水；控制NaCl溶液的濃度在一定范圍內．

點評 本題主要考查了電解飽和食鹽水產物的探究，涉及到溶液的配制、方程式的書寫、電極產物的檢驗依據誤差的分析與探究，綜合性較強，難度較大．