Question

I．将由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2-、Cl^-组合形成的三种强电解质溶液，分别装入图1装置中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极．

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加．常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如图2（忽略因气体溶解带来的影响）．据此回答下列问题：
（1）写出乙烧杯中发生反应的化学方程式______；
（2）电极f上发生的电极反应为______；
（3）若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是______．
II．工业上利用BaSO₄制备BaCl₂的工艺流程如下：

某活动小组的同学在实验室以重晶石（主要成分BaSO₄）为原料，对上述工艺流程进行模拟实验．
（1）上述过程中，气体用过量NaOH溶液吸收得到Na₂S．Na₂S水溶液显碱性的原因是______（用离子方程式表示）．
（2）已知有关反应的热化学方程式如下：
BaSO₄（s）+4C（s） 4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ/mol
C（s）+CO₂（g） 2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
则反应BaSO₄（s）+2C（s） 2CO₂（g）+BaS（s）△H₃=______kJ/mol
（3）在高温焙烧重晶石过程中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是______，______．

Answer 1

解：Ⅰ．乙中c电极质量增加，说明c属于阴极，所以d是阳极，则M是负极，N是正极，f是阳极，e是阳极，b是阳极，a是阴极，根据电解后溶液pH的变化可知甲中的电解质是NaCl，乙中的电解质是CuSO₄，丙中的电解质是Na₂SO₄，
（1）乙烧杯为电解硫酸铜溶液，反应的总反应式为2CuSO₄+2H₂O2Cu+O₂↑+H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O2Cu+O₂↑+H₂SO₄；
（2）丙为电解硫酸钠溶液，f为阳极，电极f上发生的电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）c电极质量增加了8g，为Cu，n（Cu）==0.125mol，转移0.25mol电子，
丙中发生2H₂OO₂↑+2H₂↑，转移0.25mol电子应消耗0.125mol水，质量为0.125mol×18g/mol=2.25g，应加入2.25g水可恢复到原来的浓度，
故答案为：向丙烧杯中加入水2.25g；
Ⅱ．（1）Na₂S水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主，第一步水解生成离子HS^-，第二步水解生成H₂S，水解的离子方程式分别为S^2-+H₂O?HS^-+OH^-、HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，
故答案为：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-、HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；
（2）已知BaSO₄（s）+4C（s） 4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ/mol
C（s）+CO₂（g） 2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol，
利用盖斯定律将①-2×②可得BaSO₄（s）+2C（s） 2CO₂（g）+BaS（s）
△H₃=（+571.2kJ/mol）-2×（+172.5kJ/mol）=+226.2kJ/mol，
故答案为：+226.2；
（3）加入过量碳有利于硫酸钡充分反应，题中反应均为吸热反应，所以生成需要提供能量才能完成，本生产可以借助过量的碳和氧气燃烧为生产提供能量，维持高温条件，
故答案为：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量）；硫酸钡和碳反应为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温．
分析：Ⅰ．乙中c电极质量增加，说明c属于阴极，所以d是阳极，则M是负极，N是正极，f是阳极，e是阳极，b是阳极，a是阴极，根据电解后溶液pH的变化可知甲中的电解质是NaCl，乙中的电解质是CuSO₄，丙中的电解质是Na₂SO₄；
Ⅱ．（1）Na₂S水解呈碱性，且有两步水解，以第一步水解为主；
（2）利用盖斯定律计算；
（3）加入过量C可提高冰晶石的转化率，同时维持反应进行．
点评：本题考查较为综合，涉及物质的制备方案的涉及以及电解原理等知识，注意电解中最关键的是准确判断出电极上离子的放电顺序．在判断电解产物时，首先判断阳极电极材料．如果是活性电极，则电极本身失去电子．如果是惰性电极，则溶液中的阴离子失去电子．而阴极是溶液中的阳离子得到电子，所以需要熟练记住常见离子的放电顺序．