Question

7．氯堿工業是最基本的化學工業之一，離子膜電解法為目前普遍使用的生產方法，其生產流程如圖1所示：

（1）該流程中可以循環的物質是氯化鈉、氫氧化鈉．
（2）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-等無機雜質，所以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，仍會有少量的Ca²⁺、Mg²⁺直接進入離子膜電解槽，這樣產生什么后果是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．
（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），則B處產生的氣體是H₂，E電極的名稱是陽極，電解總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$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，該反應的化學方程式為Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl．
（5）已知在電解槽中，每小時通過1安培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1.342噸/m³）113m³，電解槽的電流強度1.45×10⁴A，該電解槽的電解效率為93.45%．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）電解池中，陽離子移向陰極，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）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；
（2）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；
（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$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故答案為：H₂；陽極；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，即Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，故答案為：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl；
（5）燒堿溶液質量為1.342×10³kg/m³×113m³=1.516×10⁵kg，
m（NaOH）=1.516×10⁵kg×32%=4.85×10⁴kg，
則理論上需要電流量為$\frac{4.85×1{0}^{7}g}{1.492g}$=3.252×10⁷A，
則實際上耗電量為1.45×10⁴A×8×300=3.48×10⁷A，
該電解槽的電解效率為$\frac{3.252}{3.48}$×100%=93.45%，
故答案為：93.45%．

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，難度不大．