Question

11．用惰性電極電解物質的量比為2：1的NaCl與NaHCO₃混合溶液，溶液pH變化如圖1所示．
（1）在0→t₁時間內，兩個電極上的電極反應式為：
陽極2Cl^--2e^-=Cl₂↑    陰極2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-
（2）用離子方程式表示：a點pH＞7原因：NaHCO₃中HCO₃^-水解能力大于電離能力而導致溶液呈堿性
0→t₁時間內，溶液pH升高比較緩慢的原因：碳酸鈉水解能力大于碳酸氫鈉導致溶液堿性增強但水解程度仍然不大
（3）從原溶液中溶質數量變化角度上看，t₁時刻的意義是：說明該時刻生成的NaOH恰好將NaHCO₃完全轉化為Na₂CO₃，溶液中的溶質為NaCl、Na₂CO₃
（4）有人利用電解原理開發出了一種家用“84”消毒液（有效成分為NaClO）發生器（構造如圖2），在制備該消毒液時，a電極應該連接在電源的負極上，電極反應式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-
若兩個電極一種是鐵、一種是石墨，則b極材料是石墨，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑．

Answer 1

分析 （1）在0→t₁時間內，陽極上Cl^-放電生成Cl₂，陰極上H₂O放電生成H₂，同時陰極附近有OH^-生成，陰極附近發生的反應為OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，導致溶液pH升高；
（2）a點溶液中溶質為NaCl與NaHCO₃，NaHCO₃中HCO₃^-水解能力大于電離能力而導致溶液呈堿性；0→t₁時間內，生成的OH^-和HCO₃^-反應生成CO₃^2-，碳酸鈉水解能力大于碳酸氫鈉導致溶液堿性增強但水解程度仍然不大；
（3）0→t₁時間內，溶液中的溶質先是NaCl與NaHCO₃，隨著電解的進行，溶液中n（NaCl）、n（NaHCO₃）減少、n（Na₂CO₃）增加，t₁時刻時，生成的NaOH恰好將NaHCO₃完全轉化為Na₂CO₃；
（4）電解氯化鈉溶液制取NaClO溶液，陽極上生成Cl₂，陰極上生成H₂，同時陰極附近有NaOH生成，生成的Cl₂和NaOH反應生成NaClO，為了Cl₂和NaOH充分接觸，生成的Cl₂應該通過溶液和NaOH反應，所以b電極上生成Cl₂，a電極上生成H₂，陽極上應該用石墨作電極，陰極上用Fe作電極．

解答 解：（1）在0→t₁時間內，陽極上Cl^-放電生成Cl₂，陰極上H₂O放電生成H₂，同時陰極附近有OH^-生成，陰極附近發生的反應為OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，導致溶液pH升高，陽極、陰極反應式分別為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；（2）a點溶液中溶質為NaCl與NaHCO₃，NaHCO₃中HCO₃^-水解能力大于電離能力而導致溶液呈堿性，所以溶液的pH＞7；0→t₁時間內，生成的OH^-和HCO₃^-反應生成CO₃^2-，碳酸鈉水解能力大于碳酸氫鈉導致溶液堿性增強但水解程度仍然不大，所以0→t₁時間內，溶液pH升高比較緩慢，
故答案為：NaHCO₃中HCO₃^-水解能力大于電離能力而導致溶液呈堿性；碳酸鈉水解能力大于碳酸氫鈉導致溶液堿性增強但水解程度仍然不大；
（3）0→t₁時間內，溶液中的溶質先是NaCl與NaHCO₃，隨著電解的進行，溶液中n（NaCl）、n（NaHCO₃）減少、n（Na₂CO₃）增加，t₁時刻時，生成的NaOH恰好將NaHCO₃完全轉化為Na₂CO₃，溶液中的溶質為NaCl、Na₂CO₃，
故答案為：說明該時刻生成的NaOH恰好將NaHCO₃完全轉化為Na₂CO₃，溶液中的溶質為NaCl、Na₂CO₃；
（4）電解氯化鈉溶液制取NaClO溶液，陽極上生成Cl₂，陰極上生成H₂，同時陰極附近有NaOH生成，生成的Cl₂和NaOH反應生成NaClO，為了Cl₂和NaOH充分接觸，生成的Cl₂應該通過溶液和NaOH反應，所以b電極上生成Cl₂，a電極上生成H₂，陽極上應該用石墨作電極，陰極上用Fe作電極，則a是陰極、b是陽極，
a連接電源負極、b連接電源正極，a電極反應式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，b電極材料是石墨，電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：負；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；石墨；2Cl^--2e^-=Cl₂↑．

點評 本題考查了電解原理，為高頻考點，明確各個電極上發生的反應是解本題關鍵，難點是判斷（4）題中陰陽極，要結合生產實際分析解答，易錯點是電極反應式的書寫，題目難度中等．