Question

I．將由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2-、Cl^-組合形成的三種強(qiáng)電解質(zhì)溶液，分別裝入圖1裝置中的甲、乙、丙三個燒杯中進(jìn)行電解，電極均為石墨電極．

接通電源，經(jīng)過一段時間后，測得乙中c電極質(zhì)量增加．常溫下各燒杯中溶液pH與電解時間t的關(guān)系如圖2（忽略因氣體溶解帶來的影響）．據(jù)此回答下列問題：
（1）寫出乙燒杯中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式______；
（2）電極f上發(fā)生的電極反應(yīng)為______；
（3）若經(jīng)過一段時間后，測得乙燒杯中c電極質(zhì)量增加了8g，要使丙燒杯中溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行的操作是______．
II．工業(yè)上利用BaSO₄制備BaCl₂的工藝流程如下：

某活動小組的同學(xué)在實(shí)驗室以重晶石（主要成分BaSO₄）為原料，對上述工藝流程進(jìn)行模擬實(shí)驗．
（1）上述過程中，氣體用過量NaOH溶液吸收得到Na₂S．Na₂S水溶液顯堿性的原因是______（用離子方程式表示）．
（2）已知有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
BaSO₄（s）+4C（s） 4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ/mol
C（s）+CO₂（g） 2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
則反應(yīng)BaSO₄（s）+2C（s） 2CO₂（g）+BaS（s）△H₃=______kJ/mol
（3）在高溫焙燒重晶石過程中必須加入過量的炭，同時還要通入空氣，其目的是______，______．

Answer 1

解：Ⅰ．乙中c電極質(zhì)量增加，說明c屬于陰極，所以d是陽極，則M是負(fù)極，N是正極，f是陽極，e是陽極，b是陽極，a是陰極，根據(jù)電解后溶液pH的變化可知甲中的電解質(zhì)是NaCl，乙中的電解質(zhì)是CuSO₄，丙中的電解質(zhì)是Na₂SO₄，
（1）乙燒杯為電解硫酸銅溶液，反應(yīng)的總反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O2Cu+O₂↑+H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O2Cu+O₂↑+H₂SO₄；
（2）丙為電解硫酸鈉溶液，f為陽極，電極f上發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）c電極質(zhì)量增加了8g，為Cu，n（Cu）==0.125mol，轉(zhuǎn)移0.25mol電子，
丙中發(fā)生2H₂OO₂↑+2H₂↑，轉(zhuǎn)移0.25mol電子應(yīng)消耗0.125mol水，質(zhì)量為0.125mol×18g/mol=2.25g，應(yīng)加入2.25g水可恢復(fù)到原來的濃度，
故答案為：向丙燒杯中加入水2.25g；
Ⅱ．（1）Na₂S水解呈堿性，且有兩步水解，以第一步水解為主，第一步水解生成離子HS^-，第二步水解生成H₂S，水解的離子方程式分別為S^2-+H₂O?HS^-+OH^-、HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，
故答案為：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-、HS^-+H₂O?H₂S+OH^-；
（2）已知BaSO₄（s）+4C（s） 4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ/mol
C（s）+CO₂（g） 2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol，
利用蓋斯定律將①-2×②可得BaSO₄（s）+2C（s） 2CO₂（g）+BaS（s）
△H₃=（+571.2kJ/mol）-2×（+172.5kJ/mol）=+226.2kJ/mol，
故答案為：+226.2；
（3）加入過量碳有利于硫酸鋇充分反應(yīng)，題中反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，所以生成需要提供能量才能完成，本生產(chǎn)可以借助過量的碳和氧氣燃燒為生產(chǎn)提供能量，維持高溫條件，
故答案為：使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產(chǎn)量）；硫酸鋇和碳反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，炭和氧氣反應(yīng)放熱維持反應(yīng)所需高溫．
分析：Ⅰ．乙中c電極質(zhì)量增加，說明c屬于陰極，所以d是陽極，則M是負(fù)極，N是正極，f是陽極，e是陽極，b是陽極，a是陰極，根據(jù)電解后溶液pH的變化可知甲中的電解質(zhì)是NaCl，乙中的電解質(zhì)是CuSO₄，丙中的電解質(zhì)是Na₂SO₄；
Ⅱ．（1）Na₂S水解呈堿性，且有兩步水解，以第一步水解為主；
（2）利用蓋斯定律計算；
（3）加入過量C可提高冰晶石的轉(zhuǎn)化率，同時維持反應(yīng)進(jìn)行．
點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的制備方案的涉及以及電解原理等知識，注意電解中最關(guān)鍵的是準(zhǔn)確判斷出電極上離子的放電順序．在判斷電解產(chǎn)物時，首先判斷陽極電極材料．如果是活性電極，則電極本身失去電子．如果是惰性電極，則溶液中的陰離子失去電子．而陰極是溶液中的陽離子得到電子，所以需要熟練記住常見離子的放電順序．