Question

19．某同学用如图所示装置，通过电解饱和食盐水探究氯气相关性质，其中A、B处的棉花浸有不同溶液．请按要求回答下列问题：

（1）图中Pt电极接电源正（填“正”、“负”）极，此电解总反应的离子反应方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
若在阴极产生448mL气体（标准状况，假设完全从U形管右侧支管导出）后停止实验，测得U形管中溶液的体积为400mL，则常温下此溶液的理论pH=13．
（2）上图实验装置设计存在不足，请在C处方框内画出简图补充完善，并标注必要试剂．
（3）通电一段时间后，可观察到A、B处的棉花颜色均发生变化．
①A处发生反应的离子方程式为Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺．
②B处先变红，稍后又变为黄色．其中先变红的原因是Fe²⁺被Cl₂氧化产生Fe³⁺，Fe³⁺与SCN^-反应生成Fe（SCN）₃呈红色
（4）该同学为探究B处由红变黄的原因又进行了如下实验：取出B处棉花挤出变黄的溶液样品分为两份，取其中一份于试管X中滴加KSCN溶液，得红色溶液．查资料知SCN^-电子式：他猜想：SCN^-可能被氯水氧化，导致溶液变黄．
①可能发生的反应为（请配平）：SCN^-+□Cl₂+□H₂O=SO₄^2-+NO₃^-+□+□+CO₂当0.5mol SCN^-参与反应时转移的电子总数目为8N_A．
②设计一简约实验验证此猜想成立：取第二份样品溶液于试管Y中，滴加盐酸、氯化钡溶液；观察有白色沉淀生成，则证明此设想成立．

Answer 1

分析 （1）电解饱和食盐水，在阴极上产生氢气，在阳极上产生氯气，所以阳极是惰性电极，根据电解产物书写电解方程式；
（2）氯气有毒，要用氢氧化钠进行尾气处理；
（3）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，能将氯化亚铁氧化为氯化铁，铁离子遇到硫氰化钾显示红色；
（4）①根据SCN^-的电子式为可知，SCN^-中碳显+4价，硫显-2价，氮显-3价，碳已经是最高正价了，根据电子守恒配平SCN^-与Cl₂反应的化学方程式；
②验证此猜想成立，只要证明硫酸根离子的产生即可，加入用盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，说明白色沉淀为硫酸钡，即溶液中有硫酸根离子．

解答 解：（1）电解饱和食盐水，在阴极上产生氢气，在阳极上产生氯气，所以阳极是惰性电极，即Pt是阳极，金属铁是阴极，Pt电极接电源正极，电解氯化钠的原理方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，若在阴极产生448mL气体，即0.02mol的氢气生成，所以产生氢氧化钠是0.04mol，氢氧化钠的浓度是$\frac{0.04mol}{0.4L}$=0.1mol/L，常温下此溶液的理论pH=13，
故答案为：正；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；13；
（2）氯气有毒，要用氢氧化钠进行尾气处理，C处方框内的图示如下：，故答案为：；
（3）①氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，即Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺，故答案为：Cl₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；
②氯气具有氧化性，能将氯化亚铁氧化为氯化铁，铁离子遇到硫氰化钾显示红色，
故答案为：Fe²⁺被Cl₂氧化产生Fe³⁺，Fe³⁺与SCN^-反应生成Fe（SCN）₃呈红色；
（4）①根据SCN^-的电子式为可知，SCN^-中碳显+4价，硫显-2价，氮显-3价，碳的化合价不变，S的化合价从-2价升高到+6价，共升高了8价，N元素的化合价总-3价升高到了+5价，所以共升高了8价，总共升高了16价，氯气具有氧化性，还原产物是氯离子，化合价降低的是Cl元素，所以Cl₂的系数是8，Cl^-的前边系数是16，根据电荷守恒，产物还需要18H⁺，根据元素守恒，反应物水的系数是9，即反应的离子反应为：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=SO₄^2-+NO₃^-+16Cl^-+18H⁺+CO₂；反应转移电子是16mol，当0.5molSCN^-参与反应时，转移的电子总数目为8N_A，
故答案为：8、9、16 Cl^-、18H⁺；8N_A；
②验证此猜想成立，只要证明硫酸根离子的产生即可，硫酸根离子的检验方法：加入用盐酸酸化的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，说明白色沉淀为硫酸钡，即溶液中有硫酸根离子，证明猜想成立，
故答案为：盐酸、氯化钡溶液；白色沉淀．

点评 本题综合考查电解池的工作原理、氯气的性质以及氧化还原反应的配平和离子的检验知识，综合性强，难度不大．