Question

17．在25℃时，将一根石墨棒和一根铁棒做两电极分别插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解（见图），
（1）通电时，溶液中的Na⁺、H⁺（填离子的化学式）移动向c极．
（2）若要使铁棒变细，则d极的电极材料是铁（填“石墨”或“铁”）．
（3）若c极是铁棒，①d极上的电极反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
②总反应的化学方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑．
③通电一段时间后，若阴极逸出amol气体，同时有bgNa₂SO₄•10H₂O晶体析出，则剩余溶液中溶质的质量分数为$\frac{7100b}{161（b+18a）}$%．

Answer 1

分析 （1-2）将一根石墨棒和一根铁棒做两电极分别插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，根据电解图可知与负极相连的c极为阴极得电子发生还原反应，与正极相连的d极为阳极失电子发生氧化反应；
（3）电解饱和硫酸钠溶液时，本质是电解水，发生反应2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，根据质量分数公式计算即可．

解答 解：（1）通电时，与负极相连的c极为阴极，则溶液中的Na⁺、H⁺移动向c极，故答案为：Na⁺、H⁺．
（2）若要使铁棒变细，即铁作阳极，所以与正极相连的d极电极材料是铁，故答案为：铁．
（3）若c极是铁棒，①d极为石墨棒，则溶液中的氢氧根失电子发生氧化反应，反应为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②c极是铁棒，则阴极上为氢离子得电子发生还原反应，反应为4H⁺+4e^-═2H₂↑，所以总反应即为电解水，化学方程式为2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，故答案为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑；
③电解饱和硫酸钠溶液时，本质是电解水，发生反应2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，
bgNa₂SO₄•10H₂O硫酸钠的质量=bg×$\frac{142}{322}$=$\frac{71b}{161}$g；
设电解水的质量为x：
2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑
36g          2mol
x            amol
解得：x=18ag
所以饱和溶液的质量分数=$\frac{\frac{71b}{161}}{b+18a}$×100%=$\frac{7100b}{161（b+18a）}$%，故答案为：$\frac{7100b}{161（b+18a）}$%．

点评 本题以电解原理为载体考查了质量分数的计算，难度较大．明确电解后析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的是饱和溶液是解本题的关键．