Question

氯堿工業中電解飽和食鹽水的原理示意圖如圖所示：

（1）由于生成的氯氣可溶于水，并發生下列反應Cl₂+H₂O?HCl+HClO，電解時用鹽酸控制陽極區溶液的pH在2～3，用化學平衡移動原理解釋鹽酸的作用

氯氣在水中存在平衡為Cl₂+H₂O?HCl+HClO，增大鹽酸的濃度可使該平衡向逆反應方向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣的逸出

；
（2）電解所用的鹽水需精制．去除食鹽水中含有的Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、SO₄^2-[c（SO₄^2-）＞c（Ca²⁺）]．精致流程如下（淡鹽水和溶液A來上述電解池）：

①鹽泥a除泥沙外，還含有的物質是

Mg（OH）₂

．
②過程Ⅰ中Cl₂將NH₄⁺轉化為N₂的離子方程式是

2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-=N₂+6Cl^-+8H₂O或2NH₄⁺+3ClO^-+2OH^-=N₂+3Cl^-+5H₂O

．
③BaSO₄的溶解度比BaCO₃的小，過程Ⅱ中除去的離子有

Ca²⁺、SO₄^2-

．
④經過程Ⅲ處理，要求鹽水c中剩余Na₂SO₃的含量小于5mg/L，若鹽水b中NaClO的含量是7.45mg/L，則處理10m³鹽水b，最多添加10%Na₂SO₃溶液的質量為多少kg？（加入溶液引起的體積變化忽略不計，請寫出解題步驟）．

1.76kg

．

Answer 1

分析：（1）根據陽極產物和平衡移動原理分析；
（2）①根據雜質離子和溶液的酸堿性判斷能反應生成的沉淀；
②根據A溶液成分和可能具有的性質，結合氧化還原反應和質量守恒定律書寫離子方程式；
③根據溶液成分和溶解度大小判斷生成的沉淀；
④根據反應方程式和質量守恒解答．

解答：解：（1）電解飽和食鹽水時，陰極反應式為：2H₂O-2e^-═2OH^-+H₂↑，陽極反應式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極產物為NaOH和H₂，陽極產物是Cl₂，電解時用鹽酸控制陽極區溶液的pH在2～3的作用是促使化學平衡Cl₂+H₂O?HCl+HClO向左移動，減少Cl₂在水中的溶解，有利于Cl₂的逸出，
故答案為：氯氣在水中存在平衡為Cl₂+H₂O?HCl+HClO，增大鹽酸的濃度可使該平衡向逆反應方向移動，減少氯氣在水中的溶解，有利于氯氣的逸出； 
（2）①根據粗鹽水和淡鹽水的化學成分，結合精制鹽水的流程進行分析，可知過程I是將Mg²⁺轉化為Mg（OH）₂沉淀除去，即鹽泥a中除泥沙外，還含有的物質是Mg（OH）₂，
故答案為：Mg（OH）₂；
②將NH₄⁺轉化為N₂的氧化劑是Cl₂，對應的離子方程式是2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-═N₂+6Cl^-+8H₂O，
故答案為：2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-=N₂+6Cl^-+8H₂O； 
③過程II是利用沉淀溶解平衡原理，將溶液中的Ca²⁺和SO₄^2-分別轉化為CaCO₃和BaSO₄沉淀除去，
故答案為：Ca²⁺、SO₄^2-；
④處理10m³鹽水b中含有NaClO的物質的量為n=

1000L×10×7.45×10-3g/L

74.5g/mol

=1mol 
根據反應：NaClO+Na₂SO₃═NaCl+Na₂SO₄，可知與NaClO完全反應消耗的Na₂SO₃為1mol，
質量為m=n×M=1mol×126g/mol=126g，
根據題意，設最多添加10%Na₂SO₃溶液的質量為x

(x×10%-126g)×103mg/g

10000L

=5mg/L，
解得：x=1760g=1.76kg，
故答案為：1.76kg．

點評：本題考查氯堿工業，注意把握題給信息，掌握電解原理，根據反應方程式和質量守恒進行計算為解答該題的關鍵，題目難度中等．