Question

以电解食盐水为基础制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”，它是目前化学工业的重要支柱之一．
（1）电解饱和食盐水的化学方程式为

 

．
（2）常温下，某化学兴趣小组在实验室中，用石墨电极以如图装置进行电解某浓度氯化钠溶液的实验，电解一段时间后，收集到标准状况下氢气2.24L．（设电解前后溶液的体积均为1L，不考虑水的消耗或气体的溶解）．
①理论上，电解后溶液中c（OH^-）=

 

mol/L．
②若实际测得反应后溶液的c（OH^-）=0.1mol/L，则造成这种误差的原因可能是：
a．2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑；若仅考虑该原因，则电解过程中溶液减小的质量是

 

g．
b．还可能为

 

（用离子方程式表示）．
经测定，该实验中溶液实际减少的质量为4.23g，则所产生的气体及其物质的量之比为

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）电解饱和食盐水阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气；溶液中水的电离被促进生成氢氧化钠；
（2）①电解饱和食盐水的反应为阳极2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L，换算物质的量结合电极反应计算溶液中氢氧根离子浓度；
②造成溶液氢氧根离子的浓度误差的原因是氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水；可能是电解过程中氯化钠完全电解后继续电解为电解水；根据电解方程式计算出氯气的物质的量，再根据总质量求出氧气的质量，然后分别求出物质的量和比值．

解答： 解：（1）电解饱和食盐水阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O

电解  .

H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，
故答案为：2NaCl+2H₂O

电解  .

H₂↑+Cl₂↑+2NaOH；
（2）①电解饱和食盐水的反应为阳极2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L物质的量为0.1mol，若氢气全部是电解氯化钠生成，依据化学方程式计算得到生成NaOH物质的量为0.2mol，c（OH^-）=0.2mol/L，
故答案为：0.2；
②a、若实际测得反应后溶液的pH=13.00，c（OH^-）=0.1mol/L，氢氧化钠物质的量为0.1mol，依据电解食盐水的化学方程式得到生成氢气0.05mol，所以判断可能0.05mol氢气是电解水得到，反应的化学方程式为2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑，则电解的水的物质的量为0.05mol，其质量为0.9g，电解NaCl生成的氯气和氢气的质量为0.05mol×（2g/mol+71g/mol）=3.65g，则电解过程中溶液减小的质量是3.65g+0.9g=4.55g；
故答案为：4.55g；
b、电解生成的氯气与氢氧化钠反应，使氢氧根离子浓度减小，即Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
已知氢气的物质的量是0.1mol，NaOH的物质的量是0.1mol，
2NaCl+2H₂O

电解  .

H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，则由电解NaCl产生的H₂和Cl₂都是0.05mol，
m（O₂）=4.23g-0.1mol×2g/mol-0.05mol×71g/mol=0.48g，
则n（O₂）=0.015mol，
所以3种气体的物质的量之比等于n（H₂）：n（Cl₂）：n（O₂）=0.1：0.05：0.015=20：10：3；
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；n（H₂）：n（Cl₂）：n（O₂）=20：10：3．

点评：本题考查了电极原理的应用，电极反应电极产物分析，电解过程中离子放电顺序和定量计算的方法应用，题目难度中等．