Question

甲、乙的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，丙、丁分別是氯堿工業(yè)生產(chǎn)示意圖和制備金屬鈦的示意圖。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)寫出甲裝置中碳棒表面的電極反應(yīng)式：_________________________
(2)已知：5Cl₂＋I(xiàn)₂＋6H₂O=10HCl＋2HIO₃。若將濕潤(rùn)的淀粉­KI試紙置于乙裝置中的碳棒附近，現(xiàn)象為_(kāi)_______________________________；若乙裝置中轉(zhuǎn)移0.02 mol電子后停止實(shí)驗(yàn)，燒杯中溶液的體積為200 mL，則此時(shí)溶液的pH＝________。(室溫條件下，且不考慮電解產(chǎn)物的相互反應(yīng))
(3)工業(yè)上經(jīng)常用到離子交換膜，離子交換膜有陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜兩種，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)。當(dāng)乙裝置中的反應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，為了阻止兩極產(chǎn)物之間的反應(yīng)，通常用如丙圖所示的裝置，Na^＋的移動(dòng)方向如圖中標(biāo)注，則H₂的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)將陽(yáng)離子交換膜換成陰離子交換膜。
(4)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽(yáng)極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaO作電解質(zhì)，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(yáng)極的電極反應(yīng)式：_____________________________________。
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是(請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)解釋)____________________________________ __。
③電解過(guò)程中需定期更換陽(yáng)極材料的原因是
___________________ __________________________________________

Answer 1

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

(1)甲裝置中鋅作負(fù)極，碳棒作正極，碳棒表面的電極反應(yīng)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(yáng)極，電解飽和食鹽水時(shí)，碳棒上的電極反應(yīng)式為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，若將濕潤(rùn)的淀粉­KI試紙置于碳棒附近，試紙開(kāi)始變藍(lán)，一段時(shí)間后藍(lán)色褪去；惰性電極電解飽和食鹽水的總反應(yīng)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(qū)，陰極上產(chǎn)生H₂，H₂從E口逸出；若改用陰離子交換膜，電解產(chǎn)生的OH^－移向陽(yáng)極區(qū)，能與陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl₂發(fā)生反應(yīng)：2OH^－＋Cl₂=
Cl^－＋ClO^－＋H₂O，故不能改用陰離子交換膜。
(4)根據(jù)題設(shè)條件，熔融CaO電離產(chǎn)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(yáng)極失去電子產(chǎn)生O_2,2O^2－－4e^－=O₂↑。生成的Ca與TiO₂發(fā)生置換反應(yīng)：2Ca＋TiO₂Ti＋2CaO，可見(jiàn)CaO的總量不變。陽(yáng)極產(chǎn)生的O₂與石墨發(fā)生反應(yīng)生成CO₂，所以電解過(guò)程中，應(yīng)補(bǔ)充被消耗的陽(yáng)極材料石墨。