Question

5．某温度下，将一定量密度为1.15g/cm³的氯化钠溶液通以直流电用惰性电极进行电解，设氯化钠恰好完全电解，且无其它反应发生，得到溶液中氧元素质量分数为80%．
（1）电解时发生的反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（2）电解后溶液中溶质和溶剂的物质的量之比为1：10；
（3）计算原氯化钠溶液的物质的量浓度（结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，阳极上氯离子失电子生成氯气；
（2）电解后溶液中溶质为NaOH，溶剂是水，设NaOH的物质的量为xmol，水的物质的量为ymol，根据O原子守恒知，n（O）=n（NaOH）+n（H₂O）=（x+y）mol，O元素质量分数=$\frac{16g/mol×（x+y）mol}{40xg+18yg}×100%$=80%，据此计算x、y之比；
（3）根据方程式知2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，n（Cl₂）=n（H₂）=$\frac{1}{2}$n（NaOH），根据NaOH计算析出HCl的质量，结合溶液密度计算溶液体积，根据Na原子守恒计算n（NaCl），从而计算原溶液物质的量浓度．

解答 解：（1）用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，阳极上氯离子失电子生成氯气，电池反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（2）电解后溶液中溶质为NaOH，溶剂是水，设NaOH的物质的量为xmol，水的物质的量为ymol，根据O原子守恒知，n（O）=n（NaOH）+n（H₂O）=（x+y）mol，O元素质量分数=$\frac{16g/mol×（x+y）mol}{40xg+18yg}×100%$=80%，
x：y=1：10，故答案为：1：10；
（3）设电解后溶质的物质的量为1mol、溶剂的物质的量为10mol，
根据方程式知2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，n（Cl₂）=n（H₂）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×1mol=0.5mol，
析出气体相对于HCl，则析出气体质量=0.5mol×2×36.5g/mol=36.5g，原溶液质量=40g/mol×1mol+18g/mol×10mol+36.5g=256.5g，溶液体积=$\frac{256.5g}{1.15g/mL}$=0.223L，
根据Na原子守恒得n（NaCl）=n（NaOH）=1mol，则c（NaCl）=$\frac{1mol}{0.223L}$=4.48mol/L，
答：原氯化钠溶液的物质的量浓度4.48mol/L．

点评 本题以电解原理为载体考查物质的量有关计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确各个物理量之间关系是解本题关键，注意电解后溶液中溶质成分，注意原溶液质包含生成气体质量，为易错点．