Question

甲、乙的實驗裝置如圖所示，丙、丁分別是氯堿工業生產示意圖和制備金屬鈦的示意圖。

請回答下列問題：
(1)寫出甲裝置中碳棒表面的電極反應式：_________________________
(2)已知：5Cl₂＋I₂＋6H₂O=10HCl＋2HIO₃。若將濕潤的淀粉­KI試紙置于乙裝置中的碳棒附近，現象為________________________________；若乙裝置中轉移0.02 mol電子后停止實驗，燒杯中溶液的體積為200 mL，則此時溶液的pH＝________。(室溫條件下，且不考慮電解產物的相互反應)
(3)工業上經常用到離子交換膜，離子交換膜有陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種，陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過。當乙裝置中的反應用于工業生產時，為了阻止兩極產物之間的反應，通常用如丙圖所示的裝置，Na^＋的移動方向如圖中標注，則H₂的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)將陽離子交換膜換成陰離子交換膜。
(4)研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaO作電解質，利用丁裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。
①寫出陽極的電極反應式：_____________________________________。
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是(請結合化學用語解釋)____________________________________ __。
③電解過程中需定期更換陽極材料的原因是
___________________ __________________________________________

Answer 1

(1)O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－
(2)試紙開始變藍，一段時間后藍色褪去　13
(3)E　不能
(4)①2O^2－－4e^－=O₂↑
②制備Ti時，在電解槽中發生的反應：陰極2Ca^2＋＋4e^－=2Ca、陽極2O^2－－4e^－=O₂↑和2Ca＋TiO₂Ti＋2CaO，由此可知CaO的量不變
③石墨與陽極產生的氧氣反應而不斷減少

(1)甲裝置中鋅作負極，碳棒作正極，碳棒表面的電極反應式為O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－。
(2)由乙裝置中電子流向可知Fe為電解池的陰極，C為電解池的陽極，電解飽和食鹽水時，碳棒上的電極反應式為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，若將濕潤的淀粉­KI試紙置于碳棒附近，試紙開始變藍，一段時間后藍色褪去；惰性電極電解飽和食鹽水的總反應式為2Cl^－＋2H₂O 2OH^－＋Cl₂↑＋H₂↑，則n(OH^－)＝n(e^－)＝0.02 mol，c(OH^－)＝0.1 mol·L^－1，所以溶液的pH＝13。
(3)Na^＋移向陰極區，陰極上產生H₂，H₂從E口逸出；若改用陰離子交換膜，電解產生的OH^－移向陽極區，能與陽極產生的Cl₂發生反應：2OH^－＋Cl₂=
Cl^－＋ClO^－＋H₂O，故不能改用陰離子交換膜。
(4)根據題設條件，熔融CaO電離產生Ca^2＋、O^2－。Ca^2＋在陰極獲得電子生成Ca,2Ca^2＋＋4e^－=2Ca，O^2－在陽極失去電子產生O_2,2O^2－－4e^－=O₂↑。生成的Ca與TiO₂發生置換反應：2Ca＋TiO₂Ti＋2CaO，可見CaO的總量不變。陽極產生的O₂與石墨發生反應生成CO₂，所以電解過程中，應補充被消耗的陽極材料石墨。