Question

某課外活動小組設計了如圖所示的裝置，調節滑動變阻器，控制電流強度適中的情況下用其進行緩慢電解NaCl溶液及相關實驗（此時，打開止水夾a，關閉止水夾b）．由于粗心，實驗并未達到預期目的，但也看到了令人很高興的現象（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：
陰極：

2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-（或2H⁺+2e^-═H₂↑）

；
陽極：

Fe-2e^-═Fe²⁺

．
（2）觀察到A裝置中的現象是：
①

A燒杯中的水倒吸并產生紅色噴泉

；
②

燒瓶中液面上升到高于左側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裝置中的現象后，他們關閉止水夾a，打開止水夾b．再觀察C裝置，若無現象，請說明理由；若有現象，請寫出有關反應的化學方程式（是離子反應的寫離子方程式）：

Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓

．
（4）若想達到電解NaCl溶液的目的，應如何改進裝置，請提出你的意見：

把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝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生氧化反應，即陰極上是電解質中的陽離子發生得電子的還原反應；
（2）裝置A是引發噴泉實驗的裝置，燒瓶內外存在壓強差時就會產生噴泉，根據大氣壓強原理確定噴泉實驗結束時的液面高低變化情況，根據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生反應生成氫氧化亞鐵，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，要實現電解氯化鈉溶液的目的，應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生氧化反應，Fe-2e^-═Fe²⁺，陰極上是電解質中的陽離子氫離子發生得電子的還原反應，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生紅色噴泉，當燒瓶中液面上升到高于左側導管一定程度后又逐漸下落至與導管相平時，燒瓶內外壓強相等，噴泉現象結束，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生紅色噴泉；燒瓶中液面上升到高于左側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生反應生成氫氧化亞鐵，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或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓，
故答案為：Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃或寫成總反應式：4Fe²⁺+8OH^-+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃↓；
（4）在電解飽和食鹽水時，要實現電解氯化鈉溶液的目的，應該選擇惰性電極進行電解，可以把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝置中兩電極換位置等，
故答案為：把Fe電極換成C、Pt等惰性電極或將裝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．