Question

甲、乙的实验装置如图所示，丙、丁分别是氯碱工业生产示意图和制备金属钛的示意图。

请回答下列问题：
(1)写出甲装置中碳棒表面的电极反应式：_________________________
(2)已知：5Cl₂＋I₂＋6H₂O=10HCl＋2HIO₃。若将湿润的淀粉­KI试纸置于乙装置中的碳棒附近，现象为________________________________；若乙装置中转移0.02 mol电子后停止实验，烧杯中溶液的体积为200 mL，则此时溶液的pH＝________。(室温条件下，且不考虑电解产物的相互反应)
(3)工业上经常用到离子交换膜，离子交换膜有阳离子交换膜和阴离子交换膜两种，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。当乙装置中的反应用于工业生产时，为了阻止两极产物之间的反应，通常用如丙图所示的装置，Na^＋的移动方向如图中标注，则H₂的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)将阳离子交换膜换成阴离子交换膜。
(4)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaO作电解质，利用丁装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。
①写出阳极的电极反应式：_____________________________________。
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是(请结合化学用语解释)____________________________________ __。
③电解过程中需定期更换阳极材料的原因是
___________________ __________________________________________

Answer 1

(1)O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－
(2)试纸开始变蓝，一段时间后蓝色褪去　13
(3)E　不能
(4)①2O^2－－4e^－=O₂↑
②制备Ti时，在电解槽中发生的反应：阴极2Ca^2＋＋4e^－=2Ca、阳极2O^2－－4e^－=O₂↑和2Ca＋TiO₂Ti＋2CaO，由此可知CaO的量不变
③石墨与阳极产生的氧气反应而不断减少

(1)甲装置中锌作负极，碳棒作正极，碳棒表面的电极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－。
(2)由乙装置中电子流向可知Fe为电解池的阴极，C为电解池的阳极，电解饱和食盐水时，碳棒上的电极反应式为2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，若将湿润的淀粉­KI试纸置于碳棒附近，试纸开始变蓝，一段时间后蓝色褪去；惰性电极电解饱和食盐水的总反应式为2Cl^－＋2H₂O 2OH^－＋Cl₂↑＋H₂↑，则n(OH^－)＝n(e^－)＝0.02 mol，c(OH^－)＝0.1 mol·L^－1，所以溶液的pH＝13。
(3)Na^＋移向阴极区，阴极上产生H₂，H₂从E口逸出；若改用阴离子交换膜，电解产生的OH^－移向阳极区，能与阳极产生的Cl₂发生反应：2OH^－＋Cl₂=
Cl^－＋ClO^－＋H₂O，故不能改用阴离子交换膜。
(4)根据题设条件，熔融CaO电离产生Ca^2＋、O^2－。Ca^2＋在阴极获得电子生成Ca,2Ca^2＋＋4e^－=2Ca，O^2－在阳极失去电子产生O_2,2O^2－－4e^－=O₂↑。生成的Ca与TiO₂发生置换反应：2Ca＋TiO₂Ti＋2CaO，可见CaO的总量不变。阳极产生的O₂与石墨发生反应生成CO₂，所以电解过程中，应补充被消耗的阳极材料石墨。