Question

3．现在工业上主要采用离子交换膜法（图1）电解饱和食盐水制取NaOH、H₂和Cl₂．阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过．

请回答下列问题：
（1）电解之前，食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质离子，使用的试剂有：
a．Na₂CO₃溶液，b．Ba（OH）₂溶液，c．稀盐酸．
其合理的加入顺序为（填试剂序号）bac．
（2）在电解过程中，对水的电离是促进的（填“促进”或“抑制”或“没有影响”）；与电源正极相连的电极上所发生的电极反应式为2Cl^--2e^-→Cl₂↑．
（3）如果在容积为10L的离子交换膜电解槽中，1min后在阴极可产生11.2L（标准状况）H₂，这时溶液的pH值是升高（填“升高”、“降低”或“不变”），溶液中c（OH^-）为（设体积保持不变）0.1mol/L．
（4）若没有阳离子交换膜的存在，改用图2电解发生器（b为电源正极，用石墨作电极），可制备家用环保型消毒液（NaClO溶液）．则此实验时电解饱和食盐水的总化学方程式是NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．
（5）室温条件下，该消毒液（NaClO）溶液的pH＞7，原因是ClO^-+H₂O?HClO+OH^-（用离子方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）盐酸要放在最后，来除去过量的氢氧化钠和碳酸钠，要先加过量的氯化钡除去硫酸根离子，然后用碳酸钠去除过量的钡离子；
（2）电解NaCl溶液时，水电离出来的氢离子在阴极反应，阳极上氯离子放电生成氯气；
（3）阴极电极反应式为 2H⁺+2e^-→H₂↑，生成11.2L氢气消耗1mol氢离子，溶液中生成1mol氢氧根离子，据此分析；
（4）若采用无隔膜电解食盐水，Cl₂和NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H₂，则阳极上氯离子放电生成次氯酸钠、阴极上氢离子放电，据此分析解答；
（5）NaClO是弱酸强碱盐，其水解导致溶液显碱性．

解答 解：（1）要先除硫酸根离子，然后再除钙离子，Na₂CO₃可以除去过量的钡离子，否则过量的钡离子不能完全除尽，至于加NaOH除去镁离子顺序不受限制，可放在加入BaCl₂之前或之后，因为过量的NaOH加HCl就可以调节了，只要将三种离子完全除去，过滤即可，最后加HCl除去过量的氢氧根离子碳酸根离子，故答案为：bac；（2）电解NaCl溶液时，水电离出来的氢离子在阴极反应，促进了水的电离，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为 2Cl^--2e^-→Cl₂↑，
故答案为：促进； 2Cl^--2e^-→Cl₂↑；
（3）阴极电极反应式为 2H⁺+2e^-→H₂↑，生成11.2L氢气即0.5mol氢气，消耗1mol氢离子，溶液中生成1mol氢氧根离子，所以pH升高，c（OH^-）=$\frac{1mol}{10L}$=0.1mol/L，
故答案为：升高；0.1mol/L；
（4）若采用无隔膜电解食盐水，Cl₂和NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H₂，则阳极上氯离子放电生成次氯酸钠、阴极上氢离子放电，电池反应式为NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，故答案为：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（5）NaClO是弱酸强碱盐，其水解导致溶液显碱性，水解方程式为ClO^-+H₂O?HClO+OH^-，故答案为：ClO^-+H₂O?HClO+OH^-．

点评 本题考查原电池和电解池原理、电极反应式的书写、盐类水解，明确电极上得失电子及反应物质是解本题关键，电极反应式的书写是学习难点，要注意结合电解质溶液的酸碱性书写，难度中等．