飽和食鹽水在高中化學中的應用

◇ 江蘇 刁曉娟

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飽和食鹽水在高中化學中的應用

◇ 江蘇 刁曉娟

氯化鈉的飽和溶液俗稱飽和食鹽水,在實驗室和工業生產中有著很廣泛的作用．高中化學教材中主要提及了飽和食鹽水以下4個方面的應用．

1 氯堿工業

工業上,采用電解飽和食鹽水的方法來制備氯氣和氫氧化鈉溶液，如圖1為氯堿工業生產示意．

圖1

陽極反應:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反應);

陰極反應:2H++2e-=H2↑ (還原反應);

陽極產物:Cl2;

陰極產物: H2和NaOH.

例1將氯堿工業與燃料電池聯合能夠有效降低能源消耗,如圖2是該工藝的圖示(電源及電極未標出),請回答下列問題:

圖2

(1) 電解飽和食鹽水(氯堿工業)的化學方程式為________．

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

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

(4) 利用裝置Ⅱ可獲得10 mol·L-1鹽酸,該產品出口為 ____(填“A”或“B”),請說明理由____．

解析(2) 裝置Ⅰ為電解食鹽水，裝置Ⅱ為燃料電池,可知裝置Ⅰ左側為陽極，右側為陰極，X為氯氣,物質Y為氫氣．(3) 裝置Ⅰ右側是水放電生成氫氣與氫氧化鈉，電解過程中氫氧化鈉溶液體積分數增大，即NaOH溶液體積分數m%

2 侯德榜制堿法

侯德榜制堿法又稱聯合制堿法,用于在工業上制取純堿(Na2CO3),由侯德榜于1943年發明,是世界上廣泛采用的制純堿法．

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

反應原理:

NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;

例2根據侯氏制堿原理制備少量NaHCO3的實驗,經過制取氨氣、制取NaHCO3、分離NaHCO3、干燥NaHCO34個步驟,下列圖示裝置和原理能達到實驗目的的是( ).

解析NH4Cl不穩定,加熱易分解,溫度稍低又可生成NH4Cl,因此制備氨氣,應用NH4Cl和Ca(OH)2為反應物,選項A錯誤. 制取NaHCO3應將CO2從長導管進入,否則會將液體排出,選項B錯誤．從溶液中分離NaHCO3固體,可用過濾的方法,選項C正確．NaHCO3不穩定,不能直接加熱干燥,可烘干,選項D錯誤．答案為C.

3 實驗室制備乙炔氣體

反應原理:電石與水反應

CaC2+2H2O=C2H2↑+Ca(OH)2.

該反應非常劇烈,很難控制反應速率,為了減緩電石與水的反應速率,得到平穩的乙炔氣流,用飽和食鹽水代替水來制備．這是因為乙炔與水反應時,飽和食鹽水中有部分氯化鈉會析出,覆蓋在電石表面,使電石與水的接觸減少,從而降低反應速率．

例3實驗室用如圖3裝置來制備乙炔,并驗證乙炔的某些化學性質,制備的乙炔氣體中往往含有少量的H2S氣體,請按下列要求填空:

圖3

(1) 實驗室制乙炔反應的化學方程式是____;為了得到較為平穩的乙炔氣流,裝置A的分液漏斗中常用________來代替水．

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

(3) 裝置C中觀察到的現象是________,反應的方程式是________,該反應的類型是________．

(4) 裝置D中觀察到的現象是________,該反應的類型是________．

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,裝置B中NaOH溶液的作用是除去乙炔中的硫化氫,離子反應為H2S+2OH-=S2-+2H2O,以防干擾后續實驗．

(3) 乙炔氣體通過溴的四氯化碳溶液,會發生加成反應,裝置C中觀察到的現象是溴的顏色(橙紅色)逐漸褪去．

(4) 乙炔通過高錳酸鉀溶液,因為乙炔含有不飽和鍵,會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;

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．

(4) 紫色逐漸褪去;氧化反應．

4 實驗室制備氯氣

制備原理:

圖4為實驗室制備Cl2裝置圖，發生裝置中制得的Cl2不純,會混有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．為了防止混合氣體通過溶液時引進水蒸氣,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會與H2O發生可逆反應,根據勒夏特列原理,增大溶液中Cl-濃度,可使平衡逆向移動,抑制Cl2與H2O的反應．因此,我們選擇采用飽和食鹽水除雜,從而達到除去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實驗室用圖5所示裝置制備KClO溶液,并通過KClO溶液與Fe(NO3)3溶液的反應制備高效水處理劑K2FeO4．

圖5

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

(1) 裝置A中KMnO4與鹽酸反應生成MnCl2和Cl2,其離子方程式為________．將制備的Cl2通過裝置B可除去________(填化學式)．

(2) Cl2和KOH在較高溫度下反應生成KClO3．在不改變KOH溶液濃度和體積的條件下,控制反應在0～5℃進行,實驗中可采取的措施是____．

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

(4) 提純K2FeO4粗產品(含有Fe(OH)3、KCl等雜質)的實驗方案為:將一定量的K2FeO4粗產品溶于冷的3 mol·L-1KOH溶液中,________(實驗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) 用砂芯漏斗過濾,將濾液置于冰水浴中,向濾液中加入飽和KOH溶液,攪拌、靜置,再用砂芯漏斗過濾,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中學)