Question

6．氯堿工業是基礎化學工業，其產品廣泛用于化工、冶金、造紙、紡織、石油等工業．
（1）電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，由于粗鹽水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，所以在進入電解槽前需要進行精制，通常可以選用Na₂CO₃、NaOH、BaCl₂作為除雜質的試劑，則加入三種試劑的先后順序為NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；加入Na₂CO₃后所發生反應的離子方程式為CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；若食鹽水不經過精制就直接進入離子膜電解槽，可能出現的后果是粗鹽水中含有鈣離子、鎂離子，在堿性環境下生成沉淀，堵塞損壞離子交換膜．
（2）如圖是工業上電解飽和食鹽水的離子交換膜電解槽示意圖（陽極用金屬鈦網制成，陰極用碳鋼網制成），則B處產生氣體的化學式為H₂，C電極的名稱是陽極，電解總反應的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）從陽極槽出來的淡鹽水往往含有少量的溶解氯，需要加入8%-9%的亞硫酸氫鈉溶液將其徹底除去，該反應的離子方程式為HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-；
（4）已知在電解槽中，每小時通過1A的直流電理論上可以產生1.492g的燒堿，某工廠用300個電解槽串聯生產8小時，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342t/m³）113m³，電解槽的電流強度為1.45×10⁴A，則該電解槽的電解效率η（NaOH）=93.46%．[提示：η=（產品的實際產量/產品的理論產量）×100%]．

Answer 1

分析 （1）粗鹽提純時加試劑的原則是：碳酸鈉一定加在氯化鋇之后；
碳酸鈉與鈣離子、鋇離子反應分別生成碳酸鈣、碳酸鋇沉淀；
粗鹽水中含有鈣離子、鎂離子，而電解食鹽水生成堿，鎂離子、鈣離子能夠在堿性環境下生成沉淀，堵塞損壞離子交換膜，所以食鹽水應進行精制才能進入離子膜電解槽；
（2）依據圖裝置分析，鈉離子移向D極，說明D為陰極，C為陽極，D電極析出的是氫氣；電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；
（3）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉；
（4）依據轉移電子數計算生成NaOH的質量，根據理論耗電量和實際耗電量計算．

解答 解：（1）粗鹽提純，應用氫氧化鈉除去鎂離子，氯化鋇除去硫酸根離子，用碳酸鈉除去過量的鋇離子，所以碳酸根離子一定放在氯化鋇之后，正確順序為：
NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃；或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；
碳酸鈉與鈣離子、鋇離子反應分別生成碳酸鈣、碳酸鋇沉淀，離子方程式：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；
粗鹽水中含有鈣離子、鎂離子，而電解食鹽水生成堿，鎂離子、鈣離子能夠在堿性環境下生成沉淀，堵塞損壞離子交換膜，所以食鹽水應進行精制才能進入離子膜電解槽；
故答案為：NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；粗鹽水中含有鈣離子、鎂離子，在堿性環境下生成沉淀，堵塞損壞離子交換膜；
（2）依據圖裝置分析，鈉離子移向D極，說明D為陰極，D電極氫離子得到電子發生還原反應生成氫氣；
依據圖裝置分析，鈉離子移向D極，說明D為陰極，C為陽極；
電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，電解方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
故答案為：H₂；陽極；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，化學方程式為：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，離子方程式為：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-，
故答案為：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-；
（4）燒堿溶液總含氫氧化鈉的實際質量為：1.342×10⁶×113×32%=48.53×10⁶kg；
理論上生成氫氧化鈉的質量為：1.492×1.45×10⁴×300×8=51.92×10⁶kg；
該電解槽的電解效率η（NaOH）=$\frac{48.53×1{0}^{6}}{51.92×1{0}^{6}}$×100%=93.46%；
故答案為：93.46%．

點評 本題以氯堿工業為載體，考查了粗鹽的提純，電解飽和食鹽水的原理，明確離子反應的實質以及電解池工作原理，準確判斷電極及發生反應是解題關鍵，題目難度中等．