Question

某課外活動小組設(shè)計了如圖所示的裝置，調(diào)節(jié)滑動變阻器，控制電流強度適中的情況下用其進行緩慢電解NaCl溶液及相關(guān)實驗（此時，打開止水夾a，關(guān)閉止水夾b）．由于粗心，實驗并未達到預(yù)期目的，但也看到了令人很高興的現(xiàn)象（陽離子交換膜只允許陽離子和水通過）．
請幫助他們分析并回答下列問題：
（1）寫出B裝置中的電極反應(yīng)：
陰極：

2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）

；
陽極：

Fe-2e^-═Fe²⁺

．
（2）觀察到A裝置中的現(xiàn)象是：
①

A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉

；
②

燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平

；
③

最后A燒杯溶液呈紅色，導管有氣泡溢出

．
（3）當觀察到A裝置中的現(xiàn)象后，他們關(guān)閉止水夾a，打開止水夾b．再觀察C裝置，若無現(xiàn)象，請說明理由；若有現(xiàn)象，請寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式（是離子反應(yīng)的寫離子方程式）：

Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓

．
（4）若想達到電解NaCl溶液的目的，應(yīng)如何改進裝置，請?zhí)岢瞿愕囊庖姡?!--BA-->

把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等

．

Answer 1

分析：（1）電解氯化鈉時，在電解池的陽極是活潑電極鐵本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即陰極上是電解質(zhì)中的陽離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（2）裝置A是引發(fā)噴泉實驗的裝置，燒瓶內(nèi)外存在壓強差時就會產(chǎn)生噴泉，根據(jù)大氣壓強原理確定噴泉實驗結(jié)束時的液面高低變化情況，根據(jù)溶液的酸堿性確定溶液顏色的變化情況；
（3）氫氧化鈉可以和含有亞鐵離子的鹽發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵紅褐色沉淀；
（4）在電解飽和食鹽水時，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進行電解．

解答：解：（1）在電解池的陽極是活潑電極本身失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質(zhì)中的陽離子氫離子發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑），故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）；Fe-2e^-═Fe²⁺；
（2）在電解池中，因為在陰極鉑電極上產(chǎn)生了氫氣，所以導致A燒杯中氣壓增大，氨氣和水接觸后，因氨氣極易溶于水導致水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉，當燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平時，燒瓶內(nèi)外壓強相等，噴泉現(xiàn)象結(jié)束，由于氨水顯堿性，所以最后A燒杯溶液呈紅色，并且在導管有氣泡氫氣溢出，故答案為：A燒杯中的水倒吸并產(chǎn)生紅色噴泉；燒瓶中液面上升到高于左側(cè)導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平；最后A燒杯溶液呈紅色，導管有氣泡溢出；
（3）在A裝置中的噴泉實驗后，關(guān)閉止水夾a，打開止水夾b，C裝置中，含有亞鐵離子的鹽和其中的氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵紅褐色沉淀，即Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓，
故答案為：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或?qū)懗煽偡磻?yīng)式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓；
（4）在電解飽和食鹽水時，要實現(xiàn)電解氯化鈉溶液的目的，應(yīng)該選擇惰性電極進行電解，可以把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等，
故答案為：把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或?qū)⒀b置中兩電極換位置等．

點評：本題目是電解池的工作原理和噴泉實驗相結(jié)合的一道綜合知識題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．