题目内容

14．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品．下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过．
完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式．2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑
（2）离子交换膜的作用为：防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢氧化钠反应而使产品不纯、防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢气反应遇火反应而引发安全事故．
（3）精制饱和食盐水从图中a位置补充，氢氧化钠溶液从图中d位置流出．（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质．写出该反应的化学方程式2KClO3+H2C2O4+2H2SO4═2ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O．
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了热值高达122500～16000kJ•m-3的煤炭气，其主要成分是CO和H2．CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．
（5）已知：
①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol-1；
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H2=-483.6kJ•mol-1；
③C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H3=+131.3kJ•mol-1
则反应CO（g）+H2（g）+O2（g）═H2O（g）+CO2（g）△H=-524.8 kJ•mol-1．标准状况下的煤炭气（CO、H2）33.6L与氧气完全反应生成CO2和H2O，反应中转移的电子数目为3mol．
（6）工作温度为650℃的熔融盐燃料电池，是用煤炭气（CO、H2）做负极燃气，空气与CO2的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质，以金属镍（燃料极）为催化剂制成的．负极的电极反应式为CO+H2-4e-+2CO32-═3CO2+H2O，则该电池的正极反应式为O2+4e-+2CO2═2CO32-．

分析 （1）电解精制饱和食盐水生成氯气、氢气、烧碱；
（2）阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过；
（3）电解饱和食盐时阳极阴离子Cl-、OH-放电，Cl-的放电能力强于OH-，阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：2H++2e-═H2↑；H2、NaOH在阴极，NaOH溶液的出口为d，Cl2在阳极，精制饱和食盐水从阳极进入；
（4）KClO3和草酸（H2C2O4）在酸性条件下反应生成ClO2、CO2和KHSO4，发生氧化还原反应，结合质量守恒可书写化学方程式．
（5）依据热化学方程式和盖斯定律来计算得到；依据n=$\frac{V}{Vm}$计算物质的量结合化学方程式的电子转移计算；
（6）该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应．

解答 解：（1）电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱，反应的离子方程式为：2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑，
故答案为：2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑；
（2）阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过，用石墨作电极电解饱和氯化钠时，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气不能通过阳离子交换膜而进入阴极，如果氯气进入阴极易和氢气混合产生爆炸，且易和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠而导致制取的氢氧化钠不纯；
故答案为：防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢氧化钠反应而使产品不纯；防止阳极生成的氯气与阴极生成的氢气反应遇火反应而引发安全事故；
（3）电解槽中阴极是氢离子放电生成氢气，水电离平衡正向进行氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠溶液，NaOH溶液的出口为d；Cl2在阳极，依据装置图分析可知精制饱和食盐水从阳极进入，即进口为a，
故答案为：a，d；
（4）KClO3和草酸（H2C2O4）在酸性条件下反应生成ClO2、CO2和KHSO4，反应的方程式为：2KClO3+H2C2O4+2H2SO4═2ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O，
故答案为：2KClO3+H2C2O4+2H2SO4═2ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O．
（5）C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ/mol①
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H2=+131.3kJ/mol②
由盖斯定律①-②得到CO（g）+H2（g）+O2（g）=H2O（g）+CO2（g）△H=-524.8KJ/mol；
在标准状况下，33.6L的煤炭合成气物质的量为1.5mol，与氧气完全反应生成CO2和H2O，反应过程中2mol合成气完全反应电子转移4mol，所以1.5mol合成气反应转移电子3mol；
故答案为：-524.8； 3mol；
（6）该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子而发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2CO2=2CO32-，
故答案为：O2+4e-+2CO2=2CO32-．

点评 本题考查了电解原理的分析，电极分析判断方法，化学方程式书写，主要是弱电解质电离程度大小和盐类水解的原理应用，离子浓度大小比较，题目难度中等．

练习册系列答案
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4．写出下列元素原子的电子排布式，并给出原子序数和元素名称．
（1）含有半满p轨道的最轻原子1s2s22p3、7、氮
（2）最活泼的非金属元素原子：1s22s22p5、9、氟
（3）第一电离能最大的元素的原子：1s2、2、氖
（4）3d轨道半充满的元素的原子：1s22s22p63s23p63d54s1、24、铬或者1s22s22p63s23p63d54s2、25、锰．
5．化合物A（C8H8O3）为无色液体，难溶于水，有特殊香味，从A出发，可发生图示的一系列反应，图中的化合物A硝化时可生成两种一硝基取代物，化合物D中含有直接连接在苯环上的羟基，G能进行银镜反应．

试回答：（1）写出下列化合物的结构简式：
A：，E：HCHO，H：G：HCOOCH3，．
（2）反应类型：（Ⅰ）取代反应；（Ⅱ）酯化反应．
（3）写出C→E的化学方程式：2CH3OH+O2$→_{△}^{Cu}$2HCHO+2H2O；写出D→H的化学方程式：．
2．在2L的密闭容器中加入2mol A和1mol B，发生反应：2A（g）+B（g）?2C（g）+D（s）达到平衡时，C的浓度为0.4mol•L-1．
（1）温度不变，若缩小容器的体积，则平衡正向移动（填正向、逆向或不）
（2）其他条件不变，使用催化剂，正反应速率将加快（填“加快”、“减慢”或“不变”，下同），逆反应速率将加快．A的转化率将不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）维持容器的温度和体积不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍是0.4mol•L-1的是BD．
A、4molA+2molB                  B、2molC+1molD
C、2molA+1molB+2molC+1molD      D、1molA+0.5molB+1molC+0.2molD．
9．某课外活动小组设想：如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，利用如图实验装置（两电极均为石墨电极）电解Na2SO4溶液来制取H2、O2、H2SO4和NaOH，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．
（1）该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，此时通过阴离子交换膜的离子数小于（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
（2）制得的H2SO4溶液从出口A（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出．
（3）利用制得的氢气为基本原料合成出甲醇，然后再用甲醇与氧气、氢氧化钠组成燃料电池，则该电池负极的电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
19．在11.2g铁和铜组成的合金中加入过量的硝酸溶液，合金完全溶解，同时生成气体X，再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液，生成21.4g沉淀，则下列表示X组成的选项中合理的是（　　）
A．0.3mol NO2B．0.3mol NO、0.1mol NO2
C．0.6mol NOD．0.3mol NO2、0.1mol NO
6．下列关于性质递变规律的叙述，正确的是（　　）
A．还原性：Na＞Mg＞CaB．氧化性：Cl2＞S＞P
C．酸性：H2SO4＞H3PO4＞HClO4D．稳定性：PH3＞H2S＞HCl
3．在一定温度下的固定容积的密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A（s）+2B（g）?C（g）+D（g）已达平衡的是（　　）
A．混合气体的压强B．气体的总物质的量
C．消耗1摩尔A同时生成1摩尔DD．混合气体的密度
4．已知元素的电负性、电离能和原子半径等内容一样，也是元素的一种基本性质，
（1）下面给出14种元素的电负性：
元素AlBBeCClFLi
电负性1.612.041.572.553.163.980.98
元素MgNNaOPSSi
电负性1.313.040.933.442.192.581.90
试结合元素周期律知识完成下列问题：
①根据上表给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是：同周期元素从左至右，电负性逐渐增大，同主族元素从上至下，电负性逐渐减小．
②预测元素电负性的大小关系：Br＞I，电负性最小的元素在周期表中的位置是第6周期ⅠA族（放射性元素除外）．
③习惯上把SrI2作为离子化合物，把BaS作为共价化合物．（电负性Sr=0.95I=2.66Ba=0.89S=2.58）我们把两成键原子的电负性差值用△X表示，用△X的数值范围可判断离子键或共价键，试判断AlBr3中化学键的类型是共价键．
（2）如果给核外电子足够的能量，这些电子便会摆脱原子核的束缚而离去．核外电子离开该原子或离子所  需要的能量主要受两大因素的影响：①原子核对核外电子的吸引力②形成稳定结构的倾向．下表是一些气态原子失去核外不同电子所需的能量：
锂XY
失去第1个电子519502580
失去第2个电子729645701820
失去第3个电子1179969202750
失去第4个电子955011600
①通过上述信息和表中的数据分析为什么锂原子失去核外第2个电子时所需的能量要远远大于失去第1个电子所需的能量Li原子失去1个电子后形成稳定结构再失1个电子困难．
②表中X Y为第3周期元素，则X为Na，Y为Al．第3周期元素中，元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多的是Ar（均填元素符号）．

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