Question

以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如图：

（1）除去粗盐中的微溶物质CaSO₄通常用Na₂CO₃处理，请用平衡移动原理解释说明：____。

（2）人们习惯上把电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。图1表示电解饱和NaCl溶液的装置，X、Y是石墨棒。实验开始时，在两边同时各滴入几滴酚酞溶液，请回答以下问题：

检验Y电极反应产物的方法是_____。电解NaCl溶液的离子方程式是____。

（3）某同学设计一个燃料电池(如图2所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。根据要求回答相关问题：

①通入氢气电极的反应式为____。

②石墨电极为_____(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，_____区(填“铁极”或“石墨极”)的溶液先变红。

③如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将____(填“增大”“减小”或“不变”)。

④若在标准状况下，有224mL氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体在标况下体积为_____L；丙装置中阴极析出铜的质量为_____g。(铜的摩尔质量为64)

Answer

CaSO4存在下列的溶解平衡：CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+(aq)，加入Na2CO3溶液后，与Ca2+结合，生成更难溶的CaCO3沉淀；Ca2+离子浓度减少，使上述平衡向着更难溶的方向移动 将湿润的KI淀粉试纸放在气体出口，若观察到试纸变蓝，证明有Cl2产生 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- H2-2e-+2OH-═2H2O 阳极 铁极 减小 0.448 1.28

【解析】

流程图粗盐水加入沉淀剂沉淀Ca2+、Mg2+和SO42-离子，过滤得到的滤液调节溶液pH至酸性，加热浓缩得到饱和氯化钠溶液，电解饱和食盐水得到氢氧化钠、氯气和氢气，饱和食盐水中通入氨气、二氧化碳得到碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体加热分解得到碳酸钠。

(1)除去粗盐中的微溶物质CaSO4通常用Na2CO3处理，平衡移动原理解释为：CaSO4存在下列的溶解平衡：CaSO4(s)⇌Ca2+(aq)+(aq)，加入Na2CO3溶液后，离子与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀；Ca2+离子浓度减少，使上述平衡向着更难溶的方向移动；

(2)X电极上氢离子放电生成氢气，Y电极上氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，氯气可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，如果湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色，则证明有氯气生成，电解NaCl溶液的离子方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-；

(3)①燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，负极上失电子发生氧化反应，通入氢气电极的反应式为H2-2e-+2OH-═2H2O；

②石墨电极为阳极，铁电极作阴极，阴极上氢离子放电，同时电极附近有氢氧根离子生成，溶液呈碱性，无色酚酞试液在铁极附近变红色；

③丙装置为粗铜的电解精炼，纯铜为阴极，阴极上铜离子放电，电极反应为Cu2++2e-═Cu，溶解的粗铜小于析出的铜质量，导致溶液中硫酸铜浓度降低；

④串联电路中转移电子相等，当转移相等电子时消耗氧气体积与生成氢气体积之比为1：2，所以生成氢气体积为0.448L；转移电子的物质的量==0.04mol，转移电子相等，则析出铜的质量=×64g/mol=1.28g。