Question

甲、乙的實驗裝置如圖所示，丙、丁分別是氯堿工業生產示意圖和制備金屬鈦的示意圖。

 

請回答下列問題：

(1)寫出甲裝置中碳棒表面的電極反應式：_________________________

(2)已知：5Cl2＋I2＋6H2O=10HCl＋2HIO3。若將濕潤的淀粉?KI試紙置于乙裝置中的碳棒附近，現象為________________________________；若乙裝置中轉移0.02 mol電子后停止實驗，燒杯中溶液的體積為200 mL，則此時溶液的pH＝________。(室溫條件下，且不考慮電解產物的相互反應)

(3)工業上經常用到離子交換膜，離子交換膜有陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種，陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過。當乙裝置中的反應用于工業生產時，為了阻止兩極產物之間的反應，通常用如丙圖所示的裝置，Na＋的移動方向如圖中標注，則H2的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)將陽離子交換膜換成陰離子交換膜。

(4)研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaO作電解質，利用丁裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極的電極反應式：_____________________________________。

②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是(請結合化學用語解釋)____________________________________ __。

③電解過程中需定期更換陽極材料的原因是

___________________ __________________________________________

 

Answer 1

(1)O2＋2H2O＋4e－=4OH－

(2)試紙開始變藍，一段時間后藍色褪去　13

(3)E　不能

(4)①2O2－－4e－=O2↑

②制備Ti時，在電解槽中發生的反應：陰極2Ca2＋＋4e－=2Ca、陽極2O2－－4e－=O2↑和2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由此可知CaO的量不變

③石墨與陽極產生的氧氣反應而不斷減少

【解析】(1)甲裝置中鋅作負極，碳棒作正極，碳棒表面的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。

(2)由乙裝置中電子流向可知Fe為電解池的陰極，C為電解池的陽極，電解飽和食鹽水時，碳棒上的電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，若將濕潤的淀粉?KI試紙置于碳棒附近，試紙開始變藍，一段時間后藍色褪去；惰性電極電解飽和食鹽水的總反應式為2Cl－＋2H2O 2OH－＋Cl2↑＋H2↑，則n(OH－)＝n(e－)＝0.02 mol，c(OH－)＝0.1 mol·L－1，所以溶液的pH＝13。

(3)Na＋移向陰極區，陰極上產生H2，H2從E口逸出；若改用陰離子交換膜，電解產生的OH－移向陽極區，能與陽極產生的Cl2發生反應：2OH－＋Cl2=

Cl－＋ClO－＋H2O，故不能改用陰離子交換膜。

(4)根據題設條件，熔融CaO電離產生Ca2＋、O2－。Ca2＋在陰極獲得電子生成Ca,2Ca2＋＋4e－=2Ca，O2－在陽極失去電子產生O2,2O2－－4e－=O2↑。生成的Ca與TiO2發生置換反應：2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，可見CaO的總量不變。陽極產生的O2與石墨發生反應生成CO2，所以電解過程中，應補充被消耗的陽極材料石墨。