Question

14．氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖

依據上圖，完成下列填空：
（1）在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發生反應的化學方程式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，與電源負極相連的電極附近，溶液pH升高（選填“不變”“升高”或“下降”）．
（2）為有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，加入試劑及合理順序為加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，加過量的NaOH溶液，過濾，加適量的鹽酸；或者，加過量的NaOH溶液，加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，過濾，濾液加適量的鹽酸
（3）在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區和陰極區，防止Cl₂與NaOH反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl₂與NaOH充分接觸，產物僅是NaClO和H₂，相應的化學方程式為NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．
（4）用石墨電極作陰極，鐵電極作陽極電解水時往往產生大量的紅棕色沉淀，請用化學反應解釋這一現象：陽極：Fe-2e^-=Fe²⁺、陰極：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）電解氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近生成氫氧化鈉；
（2）除雜注意不能引入新的雜質，有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，應注意碳酸鈉在鋇試劑之后；
（3）若氯氣和氫氧化鈉充分接觸，產物僅是次氯酸鈉和氫氣，則發生的反應為 NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（4）電解池中，活潑金屬作陽極時電極材料失電子變成離子進入溶液，根據溶液中陽離子的放電順序判斷陰極上發生的電極反應，據此書寫產生大量的紅棕色沉淀的方程式．

解答 解：（1）電解食鹽水，與正極相連為陽極，生成氯氣，該電極反應為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，與電源負極相連為陰極，生成氫氣和NaOH，生成堿，所以pH升高，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；升高；
（2）鎂離子用氫氧根離子沉淀，加入過量的氫氧化鈉可以將鎂離子沉淀，硫酸根離子用鋇離子沉淀，加入過量的氯化鋇可以將硫酸根離子沉淀，至于先除鎂離子，還是先除硫酸根離子都行，鈣離子用碳酸根離子沉淀，除鈣離子加入碳酸鈉轉化為沉淀，但是加入的碳酸鈉要放在加入的氯化鋇之后，這樣碳酸鈉會除去反應剩余的氯化鋇，雜質離子都沉淀了，再進行過濾，最后再加入鹽酸除去反應剩余的氫氧根離子和碳酸根離子，所以正確的順序為：加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，加過量的NaOH溶液，過濾，加適量的鹽酸；或者，加過量的NaOH溶液，加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，過濾，濾液加適量的鹽酸，
故答案為：加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，加過量的NaOH溶液，過濾，加適量的鹽酸；或者，加過量的NaOH溶液，加過量的BaCl₂溶液，加過量的Na₂CO₃溶液，過濾，濾液加適量的鹽酸；
（3）采用無隔膜電解冷的食鹽水時，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+NaOH、若氯氣和氫氧化鈉充分接觸，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，產物僅是次氯酸鈉和氫氣，則發生的總反應為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，
故答案為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（4）電解池中，活潑金屬作陽極時電極材料失電子變成離子進入溶液，用石墨電極作陰極，鐵電極作陽極電解水時，陽極電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺；陰極上得電子反應還原反應，電極反應式為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，二價鐵離子和氫氧根離子能發生反應生成白色的氫氧化亞鐵沉淀，白色的氫氧化亞鐵沉淀不穩定，能迅速變為灰綠色，氫氧化亞鐵和氧氣能發生氧化還原反應生成紅褐色氫氧化鐵沉淀，反應方程式為4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，所以反應為：Fe-2e^-=Fe²⁺、2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-、Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：陽極：Fe-2e^-=Fe²⁺、陰極：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

點評 本題考查粗鹽提純及電解原理，明確發生的離子反應及電解反應是解答的關鍵，注意除雜不能引入新的雜質及試劑的添加順序，題目難度中等．