Question

4．（1）如图1所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中．

①仅K₁闭合，石墨棒周围溶液pH升高，其电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
②仅K₂闭合，在铁棒附近滴加酚酞显红色，理由是H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2e^-=H₂↑，使平衡正向移动，结果c（H⁺）＜c（OH^-）（用平衡移动原理解释）．
③仅K₂闭合，发生总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（2）海水的综合利用可以制备金属镁和精盐，其流程如图2所示：
①步骤a中，溶解、过滤、蒸发三个阶段都要用到的一种玻璃仪器是玻璃棒．
②为使母液中的Mg²⁺完全转化为Mg（OH）₂（离子浓度小于10^-5mol•L^-1时，沉淀就达完全），步骤b中溶液的pH至少要控制在11．（常温下，Mg（OH）₂的K_sp=1×10^-11）
③步骤c必须在氯化氢气体的氛围中加热蒸发才能完成，试用化学方程式表示在无氯化氢的情况下不能生成无水MgCl₂的原理MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑．
④完成步骤d的化学方程式MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．

Answer 1

分析 （1）①仅K₁闭合，为原电池，铁发生吸氧腐蚀，石墨电极氧气得到电子发生还原反应；
②仅K₂闭合，为电解池，铁为阴极，石墨为阳极，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，铁棒上水电离产生的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，促进了水的电离平衡正向移动，导致c（H⁺）＜c（OH^-）；
③仅K₂闭合，为电解池，铁为阴极，石墨为阳极，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气；
（2）①在溶解操作中，玻璃棒起到搅拌以加快粗盐的溶解的作用；过滤操作中，玻璃棒的作用是引流；蒸发操作中，玻璃棒起到搅拌而使液体受热均匀的作用；
②使c（Mg²⁺）×c²（OH^-）≤K_sp，镁离子沉淀完全；
③氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢；
④电解无水氯化镁生成镁单质与氯气．

解答 解：（1）①仅K₁闭合，为原电池，铁发生吸氧腐蚀，石墨电极氧气得到电子发生还原反应，电极反应式：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
②仅K₂闭合，为电解池，铁为阴极，石墨为阳极，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，铁棒上水电离产生的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2 e^-=H₂↑，使平衡正向移动，结果c（H⁺）＜c（OH^-），所以在铁棒附近滴加酚酞显红色；
故答案为：H₂O?H⁺+OH^-，由于2H⁺+2 e^-=H₂↑，使平衡正向移动，结果c（H⁺）＜c（OH^-）；
③仅K₂闭合，为电解池，铁为阴极，石墨为阳极，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，离子方程式：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
；
故答案为：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（2）①粗盐的主要成分是氯化钠，粗盐提纯是通过溶解（把不溶物与食盐初步分离）、过滤（把不溶物彻底除去）、蒸发（食盐从溶液中分离出来而得到食盐的过程）．在溶解、过滤、蒸发操作中都要用到的玻璃仪器是玻璃棒，在溶解操作中，玻璃棒起到搅拌以加快粗盐的溶解的作用；过滤操作中，玻璃棒的作用是引流；蒸发操作中，玻璃棒起到搅拌而使液体受热均匀的作用；
故答案为：玻璃棒；
②为使母液中的Mg²⁺完全转化为Mg（OH）₂（离子浓度小于10^-5mol•L^-1时，沉淀就达完全），则应满足：10^-5mol•L^-1×C²（OH-）≤1×10^-11，
解得：C（OH-）=10^-3mol/L，则氢离子浓度为：$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-3}}$=10^-11（mol/L），pH=11；
故答案为：11；
③氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢，方程式：MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑，加热氯化氢挥发，促进平衡正向移动，所以得到的为氢氧化镁沉淀，在氯化氢氛围中可以抑制氯化镁水解而得到氯化镁；
故答案为：MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl↑；
④电解无水氯化镁生成镁单质与氯气，电解方程式：MgCl₂ （熔融）   $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$   Mg+Cl₂↑；
故答案为：MgCl₂ （熔融）   $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$   Mg+Cl₂↑．

点评 本题为综合题，考查了电解池、原电池、盐类水解及化学平衡移动，明确电解池、原电池工作原理及电极方程式的书写，熟悉盐类水解的性质及影响盐类水解的因素是解题关键，题目难度中等．