Question

3．已知下列反应（反应所需的其他条件和各物质的化学计量数均已略去）：
A+B $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$M+D+E；  E+M═A+F+B
（1）若A是一种钠盐，该反应是化学工业上制取单质E和化合物M的重要方法．该化学
上工业称为氯碱工业（选填：硫酸工业  氯碱工业  塑料工业），化学工业上电解A、B混合物时要使用下列试剂（NaOH、Na₂CO₃、HCl、BaCl₂）除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等干扰离子，试剂的添加顺序依次为（用最简洁的语言如：过量、适量描述用量要求）：
过量BaCl₂、过量Na₂CO₃、过量NaOH、过滤后向滤液中加入适量HCl．在25℃，pH=x的盐酸aL与pH=y的M溶液bL恰好中和（x≤6、y≥8）．x+y＞14，则$\frac{a}{b}$=10^x+y-14；（用x、y表示）且a＞b（“＞”“＜”“=”）
（2）若A是一种含氧酸盐，可用于实验室中检验乙醇中水的存在．该反应中电极上会析出红色固体．则其电解反应方程式是：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
 （3）现有有一种新型的高能电池--钠硫电池（熔融的钠、硫为两极，以Na⁺导电的β-Al₂O₃陶瓷作固体电解质），反应式为：2Na+xS $?_{充电}^{放电}$Na₂Sx，
用该电池作电源电解（如图）含有 0.2mol上述（1）题中A盐溶液500ml时，若此电池工作一段时间后消耗23g Na．则原电池的正极反应为XS+2e^-=S_x^2-；电解后溶液加水稀释至2L，溶液的pH为13．

Answer 1

分析 （1）A+B $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$M+D+E，E+M═A+F+B，所以第一个反应是电解饱和食盐水的反应，A为NaCl，B为H₂O，M为NaOH，E为Cl₂，D为H₂，在工业上称为氯碱工业；把杂质转化为沉淀或气体除去，除钙离子用碳酸根离子，除镁离子、铁离子用氢氧根离子，除硫酸根离子用钡离子，要注意除杂质的顺序，后加的试剂最好能把前面先加是过量试剂除掉；25℃时、有pH为x的HCl溶液和pH为y的NaOH溶液，HCl和NaOH都是强电解质，如果HCl和NaOH恰好中和，则二者的物质的量相等，则有aL×10^-xmol/L=bL×10^y-14mol/L，即a：b=10^x+y-14；
（2）可用于实验室中检验乙醇中水的存在，说明A是硫酸铜，电解时，生成铜、氧气、硫酸；
（3）原电池放电时，2Na+xS=Na₂S_x，硫单质得电子，正极反应为：xS+2e^-=S_x^2-，负极电极反应为Na-e^-=Na⁺；根据得失电子守恒建立关系式计算c（OH^-）．

解答 解：（1）A+B $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$M+D+E，E+M═A+F+B，所以第一个反应是电解饱和食盐水的反应，A为NaCl，B为H₂O，M为NaOH，E为Cl₂，D为H₂，在工业上称为氯碱工业，
除去粗盐中的可溶性杂质：Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-时，加入过量BaCl₂（去除硫酸根离子）：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；加入过量Na₂CO₃（去除钙离子的多余的钡离子）：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃，碳酸钠必须加在氯化钡之后；加入过量NaOH（去除镁离子和铁离子）：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；过滤除掉沉淀，向滤液中加入适量盐酸至溶液呈中性（除掉溶液中过量的氢氧根和碳酸根），
25℃时、有pH为x的HCl溶液和pH为y的NaOH溶液，HCl和NaOH都是强电解质，如果HCl和NaOH恰好中和，则二者的物质的量相等，则有aL×10^-xmol/L=bL×10^y-14mol/L，即a：b=10^x+y-14，若x+y＞14，则a：b=10^x+y-14＞1，即a＞b，
故答案为：氯碱工业；过量BaCl₂、过量Na₂CO₃、过量NaOH、过滤后向滤液中加入适量HCl；10^x+y-14；＞；
（2）可用于实验室中检验乙醇中水的存在，说明A是硫酸铜，电解时，生成铜、氧气、硫酸，电解方程式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（3）原电池放电时，2Na+xS=Na₂S_x，硫单质得电子，正极反应为：xS+2e^-=S_x^2-，负极电极反应为Na-e^-=Na⁺，
电解氯化钠溶液时，原电池中钠失去电子总数与电解池中电子转移总数相等，当电池消耗23gNa时，失去电子为1mol，
2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，2NaCl～2NaOH～2e^-，而NaCl只有0.2mol，则只能生成氢氧化钠0.2mol，这部分电子转移为0.2mol，电池继续工作相当于电解水，2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，不影响氢氧化钠物质的量，则c（OH^-）=$\frac{n（NaOH）}{V}$=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，则PH=13，
故答案为：xS+2e^-=Sx^2-；13．

点评 本题考查了电解的原理和规律，结合反应的特点以及现象进行推断，涉及粗盐提纯过程中的除杂方面的知识，酸碱混合溶液定性判断及pH的有关计算，侧重考查学生分析计算能力，明确恰好反应时二者物质的量相等是解本题关键，综合性强，第（3）问后期是电解水，易错，注意审题．