Question

13．氯堿工業的生產流程圖如圖1：

（1）電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，粗鹽水（含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等無機雜質）在進入電解槽前需要進行兩次精制，寫出一次精制中發生的離子方程式：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；若食鹽水不經過二次精制就直接進入離子交換膜電解槽會產生什么后果：用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜．
（2）該流程中可以循環的物質是氯化鈉、氫氧化鈉．
（3）圖2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，陰極由碳鋼網制成）．
A處產生的氣體是Cl₂，F電極的名稱是陰極，電解總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（4）從陽極槽出來的淡鹽水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亞硫酸鈉溶液將其徹底除去，該反應的離子方程式為SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-++2H⁺+2Cl^-．
（5）已知在電解槽中，每小時通過1A的直流電可以產生1.492g的燒堿，某工廠用300個電解槽串聯生產10小時，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342t/m³）140m³，電解槽的電流強度1.450×10⁴A，該電解槽的電解效率為92.63%．（保留四位有效數字）

Answer 1

分析 （1）除去鈣離子使用碳酸鈉試劑，除去鎂離子使用氫氧化鈉試劑，根據處理后的鹽水中還含有少量雜質離子對裝置的影響角度來回答；
（2）根據工藝流程圖結合電解工藝的原料以及產物知識來判斷；
（3）電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，根據電極反應確定產物，根據電解池的工作原理來書寫方程式；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉；
（5）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）除去鈣離子使用碳酸鈉試劑，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓除去鎂離子使用氫氧化鈉試劑，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，處理后的鹽水中還含有少量雜質離子Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，對裝置中的交換膜產生影響，
故答案為：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜；
（2）根據工藝流程圖結中用到的原料以及產物，可以知道氯化鈉、氫氧化鈉是可以循環使用的，
故答案為：氯化鈉、氫氧化鈉；
（3）電解池中，陽離子鈉離子移向陰極，所以B是電源的負極，A是正極，E是陽極，在陽極上產生的是氯氣，F是陰極，在陰極上產生的是氫氣，電解飽和食鹽水的原理方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：Cl₂；陰極；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，離子反應為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-++2H⁺+2Cl^-，
故答案為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-++2H⁺+2Cl^-；
（5）燒堿溶液質量為1.342×10³kg/m³×140m³=1.8788×10⁵kg，m（NaOH）=1.8788×10⁵kg×32%=6.01216×10⁴kg，則理論上需要電流量為$\frac{6.01216×1{0}^{7}g}{1.492g}$≈4.02959×10⁷A，則實際上耗電量為1.45×10⁴A×10×300=4.35×10⁷A，該電解槽的電解效率為$\frac{4.02959×1{0}^{7}}{4.35×1{0}^{7}}$×100%≈92.63%，
故答案為：92.63%．

點評 本題以氯堿工業為載體，考查學生生化學工藝流程題的解題方法知識，注意電解池的工作原理的靈活應用是關鍵，題目難度中等．