◇ 江蘇 刁曉娟

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飽和食鹽水在高中化學(xué)中的應(yīng)用

◇ 江蘇 刁曉娟

氯化鈉的飽和溶液俗稱(chēng)飽和食鹽水,在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中有著很廣泛的作用．高中化學(xué)教材中主要提及了飽和食鹽水以下4個(gè)方面的應(yīng)用．

1 氯堿工業(yè)

工業(yè)上,采用電解飽和食鹽水的方法來(lái)制備氯氣和氫氧化鈉溶液，如圖1為氯堿工業(yè)生產(chǎn)示意．

圖1

陽(yáng)極反應(yīng):2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反應(yīng));

陰極反應(yīng):2H++2e-=H2↑ (還原反應(yīng));

陽(yáng)極產(chǎn)物:Cl2;

陰極產(chǎn)物: H2和NaOH.

例1將氯堿工業(yè)與燃料電池聯(lián)合能夠有效降低能源消耗,如圖2是該工藝的圖示(電源及電極未標(biāo)出),請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

圖2

(1) 電解飽和食鹽水(氯堿工業(yè))的化學(xué)方程式為_(kāi)_______．

(2) 物質(zhì)X為_(kāi)_______,裝置Ⅰ和Ⅱ中屬于燃料電池的是________．

(3) 裝置Ⅰ中，NaOH溶液體積分?jǐn)?shù)m% ____n% (填“>”或“<”)．

(4) 利用裝置Ⅱ可獲得10 mol·L-1鹽酸,該產(chǎn)品出口為 ____(填“A”或“B”),請(qǐng)說(shuō)明理由____．

解析(2) 裝置Ⅰ為電解食鹽水，裝置Ⅱ?yàn)槿剂想姵?可知裝置Ⅰ左側(cè)為陽(yáng)極，右側(cè)為陰極，X為氯氣,物質(zhì)Y為氫氣．(3) 裝置Ⅰ右側(cè)是水放電生成氫氣與氫氧化鈉，電解過(guò)程中氫氧化鈉溶液體積分?jǐn)?shù)增大，即NaOH溶液體積分?jǐn)?shù)m%

2 侯德榜制堿法

侯德榜制堿法又稱(chēng)聯(lián)合制堿法,用于在工業(yè)上制取純堿(Na2CO3),由侯德榜于1943年發(fā)明,是世界上廣泛采用的制純堿法．

操作步驟: 第1步，向飽和NaCl溶液中先通入過(guò)量的NH3,使食鹽水呈堿性,再向其中通入過(guò)量的CO2,以制得高濃度的NaHCO3,便于NaHCO3晶體的析出．第2步，過(guò)濾,加熱所得晶體．

反應(yīng)原理:

NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;

例2根據(jù)侯氏制堿原理制備少量NaHCO3的實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)制取氨氣、制取NaHCO3、分離NaHCO3、干燥NaHCO34個(gè)步驟,下列圖示裝置和原理能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖? ).

解析NH4Cl不穩(wěn)定,加熱易分解,溫度稍低又可生成NH4Cl,因此制備氨氣,應(yīng)用NH4Cl和Ca(OH)2為反應(yīng)物,選項(xiàng)A錯(cuò)誤. 制取NaHCO3應(yīng)將CO2從長(zhǎng)導(dǎo)管進(jìn)入,否則會(huì)將液體排出,選項(xiàng)B錯(cuò)誤．從溶液中分離NaHCO3固體,可用過(guò)濾的方法,選項(xiàng)C正確．NaHCO3不穩(wěn)定,不能直接加熱干燥,可烘干,選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案為C.

3 實(shí)驗(yàn)室制備乙炔氣體

反應(yīng)原理:電石與水反應(yīng)

CaC2+2H2O=C2H2↑+Ca(OH)2.

該反應(yīng)非常劇烈,很難控制反應(yīng)速率,為了減緩電石與水的反應(yīng)速率,得到平穩(wěn)的乙炔氣流,用飽和食鹽水代替水來(lái)制備．這是因?yàn)橐胰才c水反應(yīng)時(shí),飽和食鹽水中有部分氯化鈉會(huì)析出,覆蓋在電石表面,使電石與水的接觸減少,從而降低反應(yīng)速率．

例3實(shí)驗(yàn)室用如圖3裝置來(lái)制備乙炔,并驗(yàn)證乙炔的某些化學(xué)性質(zhì),制備的乙炔氣體中往往含有少量的H2S氣體,請(qǐng)按下列要求填空:

圖3

(1) 實(shí)驗(yàn)室制乙炔反應(yīng)的化學(xué)方程式是____;為了得到較為平穩(wěn)的乙炔氣流,裝置A的分液漏斗中常用________來(lái)代替水．

(2) 裝置B中盛放有足量的NaOH溶液的作用是________,反應(yīng)的離子方程式是________．

(3) 裝置C中觀察到的現(xiàn)象是________,反應(yīng)的方程式是________,該反應(yīng)的類(lèi)型是________．

(4) 裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________,該反應(yīng)的類(lèi)型是________．

解析(2) H2S氣體具有還原性,能與Br2的CCl4溶液、酸性KMnO4溶液反應(yīng),裝置B中NaOH溶液的作用是除去乙炔中的硫化氫,離子反應(yīng)為H2S+2OH-=S2-+2H2O,以防干擾后續(xù)實(shí)驗(yàn)．

(3) 乙炔氣體通過(guò)溴的四氯化碳溶液,會(huì)發(fā)生加成反應(yīng),裝置C中觀察到的現(xiàn)象是溴的顏色(橙紅色)逐漸褪去．

(4) 乙炔通過(guò)高錳酸鉀溶液,因?yàn)橐胰埠胁伙柡玩I,會(huì)被高錳酸鉀溶液氧化成二氧化碳,因此裝置D中觀察到紫色逐漸褪去．

答案(1) CaC2+2H2O=Ca(OH)2+CH≡CH↑ (或C2H2);飽和食鹽水.

(2) 除去H2S,否則H2S也能與Br2的CCl4溶液、酸性KMnO4溶液反應(yīng);

H2S+2OH-=S2-+2H2O．

(3) 溴的顏色(橙紅色)逐漸褪去;

CH≡CH+Br2→ CHBr=CHBr，

或

CH≡CH+2Br2→ CHBr2CHBr2;

加成反應(yīng)．

(4) 紫色逐漸褪去;氧化反應(yīng)．

4 實(shí)驗(yàn)室制備氯氣

制備原理:

圖4為實(shí)驗(yàn)室制備Cl2裝置圖，發(fā)生裝置中制得的Cl2不純,會(huì)混有HCl氣體和水蒸氣,所以想要制得純凈的Cl2,必須先除去這2種雜質(zhì)．為了防止混合氣體通過(guò)溶液時(shí)引進(jìn)水蒸氣,所以要先除去HCl氣體．

圖4

由于HCl氣體在水中的溶解度非常大,可以選擇用水除去HCl氣體．但是,Cl2會(huì)與H2O發(fā)生可逆反應(yīng),根據(jù)勒夏特列原理,增大溶液中Cl-濃度,可使平衡逆向移動(dòng),抑制Cl2與H2O的反應(yīng)．因此,我們選擇采用飽和食鹽水除雜,從而達(dá)到除去HCl而保留Cl2的效果．同樣,在圖4中,我們也可以選擇將收集裝置中的排空氣法改為排飽和食鹽水的方法．

例4實(shí)驗(yàn)室用圖5所示裝置制備KClO溶液,并通過(guò)KClO溶液與Fe(NO3)3溶液的反應(yīng)制備高效水處理劑K2FeO4．

圖5

已知K2FeO4具有下列性質(zhì)：①可溶于水、微溶于濃KOH溶液； ② 在0℃～-5℃、強(qiáng)堿性溶液中比較穩(wěn)定； ③ 在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解； ④ 在酸性至弱堿性條件下,能與水發(fā)生反應(yīng)生成Fe(OH)3和O2．

(1) 裝置A中KMnO4與鹽酸反應(yīng)生成MnCl2和Cl2,其離子方程式為_(kāi)_______．將制備的Cl2通過(guò)裝置B可除去________(填化學(xué)式)．

(2) Cl2和KOH在較高溫度下反應(yīng)生成KClO3．在不改變KOH溶液濃度和體積的條件下,控制反應(yīng)在0～5℃進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)中可采取的措施是____．

(3) 制備K2FeO4時(shí),KClO飽和溶液與Fe(NO3)3飽和溶液的混合方式為_(kāi)_______．

(4) 提純K2FeO4粗產(chǎn)品(含有Fe(OH)3、KCl等雜質(zhì))的實(shí)驗(yàn)方案為:將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol·L-1KOH溶液中,________(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有飽和KOH溶液、乙醇;除常用儀器外須使用的儀器有砂芯漏斗、真空干燥箱)．

(2) 緩慢滴加鹽酸、裝置C加冰水浴．

(3) 在攪拌下,將Fe(NO3)3飽和溶液緩慢滴加到KClO飽和溶液中．

(4) 用砂芯漏斗過(guò)濾,將濾液置于冰水浴中,向?yàn)V液中加入飽和KOH溶液,攪拌、靜置,再用砂芯漏斗過(guò)濾,晶體用適量乙醇洗滌2或3次后,在真空干燥箱中干燥．

江蘇省泰興市第三高級(jí)中學(xué))