Question

某化学研究性小组采用如下装置（夹持和加热仪器已略去）电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电解率．饱和食盐水的电解率=（电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量）×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的实验现象：

 

．
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为

 

连

 

（填A、B、C、D、E等导管口），则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为

 

．
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率
Ⅰ．通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
Ⅱ．通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则该干燥装置应与

 

口连接 （填装置中接口的字母）．
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？请说明理由

 

．
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率

 

（假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1.33g/mL，溶解度为36.0g）．
（5）若往该电解后所得溶液中通入二氧化碳气体2.24L（标准状况），则所得溶液中各离子浓度大小关系为：

 

．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）依据甲装置图分析电解饱和食盐水，溶液中氯离子在阳极上失电子生成氯气，氢离子在阴极得到电子生成氢气，阴极附近氢氧根离子浓度增大，遇到酚酞溶液变红色；
（2）氢氧化钠溶液可以吸收氯气发生反应，电解池中B端为阳极生成氯气，装置B连C；
（3）①利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率，方法Ⅱ通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率，是利用U形管测定氢气还原氧化铜过程中生成的水蒸气，在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，应连接装置D处；
②乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，主要是氢气还原氧化铜过程中不能全部发生反应，造成误差；
（4）依据溶液pH计算氢氧根离子浓度结合化学方程式计算反应的氯化钠质量，利用溶解度计算150ml溶液中氯化钠的质量，用反应氯化钠质量除以原溶液中氯化钠质量得到食盐水的电解率；
（5）依据反应生成氢氧化钠物质的量和通入二氧化碳物质的量定量关系分析判断得到溶液中的溶质，比较溶液中离子浓度大小．

解答： 解：（1）甲装置图分析电解饱和食盐水，溶液中氯离子在阳极上失电子生成氯气，氢离子在阴极得到电子生成氢气，阴极附近氢氧根离子浓度增大，遇到酚酞溶液变红色，电解过程中甲装置中的实验现象为：左右碳棒上都有气泡产生，左边碳棒附近溶液变红，
故答案为：左右碳棒上都有气泡产生，左边碳棒附近溶液变红；
（2）洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，氢氧化钠溶液可以吸收氯气发生反应，电解池中B端为阳极生成氯气，装置B连C，
故答案为：B；C；Cl₂+2OH^-=H₂O+Cl^-+ClO^-；
（3）①利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率，方法Ⅱ通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率，是利用U形管测定氢气还原氧化铜过程中生成的水蒸气，在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，应连接装置D处，
故答案为：D；
②乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，主要是氢气还原氧化铜过程中不能全部发生反应，造成误差，
故答案为：同意，在乙方案中氢气还原氧化铜，氢气不能全部反应，误差太大；
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，c（H⁺）=10^-14mol/L，c（OH^-）=1mol/L，氢氧根离子物质的量=0.15L×1mol/L=0.15mol，2NaCl+2H₂O

通电  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，电解的氯化钠物质的量为0.15mol，质量=0.15mol×58.5g/mol=8.775g，饱和食盐水密度约为1.33g/mL，150mL饱和食盐水质量=1.33g/mL×150ml=199.5g，依据溶解度计算溶液中含有溶质氯化钠质量=199.5g×

36g

100g+36g

=52.81g，电解率=

8.775g

52.81g

×100%=16.6%，
故答案为：16.6%；   
（5）若往该电解后所得溶液中通入二氧化碳气体2.24L（标准状况）物质的量为0.1mol，生成氢氧化钠物质的量为0.15mol，n（CO₂）：n（NaOH）=0.1：0.15=2：3，依据n（CO₂）：n（NaOH）=1：2反应生成Na₂CO₃，n（CO₂）：n（NaOH）=1：1反应生成NaHCO₃，配平得到2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，饱和氯化钠溶液电解后仍为饱和溶液，氯化钠最多，生成等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠，溶液呈碱性，所以溶液中离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题考查了电解原理的分析应用，电解率实验测定方案的设计方法和计算，电解质溶液中离子浓度大小比较，注意金属电解后溶液中溶质成分是关键，题目难度中等．