Question

12．請回答氯堿工業(yè)的如下問題：
（1）氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k（質(zhì)量比）生成的產(chǎn)品．理論上k=$\frac{M（C{l}_{2}）}{2M（NaOH）}$=$\frac{71}{80}$=1：1.13或0.89
（2）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)，必須精制后才能供電解使用．精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為①Na₂CO₃、②鹽酸 ③BaCl₂，這三種試劑添加的合理順序是③①②（填序號）
（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)能30%以上．在這種工藝設(shè)計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過．

①圖中X、Y分別是Cl₂、H₂（填化學(xué)式），分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)a%與b%的大小a%小于b%．
②分別寫出燃料電池B中正極、負極上發(fā)生的電極反應(yīng)：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-、H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，即可得到k=$\frac{M（C{l}_{2}）}{2M（NaOH）}$=$\frac{71}{80}$，以此計算；
（2）抓住除鋇離子要放在除碳酸根離子前即可得到順序關(guān)系：③①②；
（3）本題突破口在于B燃料電池這邊，通空氣一邊為正極（還原反應(yīng)），那么左邊必然通H₂，這樣Y即為H₂；再轉(zhuǎn)到左邊依據(jù)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式可知唯一未知的X必然為Cl₂；A中的NaOH進入燃料電池正極再出來，依據(jù)O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-可知NaOH濃度增大．

解答 解：（1）電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，則理論上k=$\frac{M（C{l}_{2}）}{2M（NaOH）}$=$\frac{71}{80}$=1：1.13或0.89，
故答案為：$\frac{M（C{l}_{2}）}{2M（NaOH）}$=$\frac{71}{80}$=1：1.13或0.89；
（2）應(yīng)先加入過量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加過量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，過濾后加入鹽酸可除去Na₂CO₃，故答案為：③①②；
（3）①通空氣一邊為正極（還原反應(yīng)），那么左邊必然通H₂，這樣Y即為H₂，則電解池左邊應(yīng)為陽極，生成Cl₂，由于燃料電池正極發(fā)生O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于b%，可知NaOH濃度增大，
故答案為：Cl₂；H₂；a%小于b%；
 ②燃料電池中正極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負極氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

點評 本題前半部分基本就是氯堿工藝的再現(xiàn)，但后半部把原電池、電解的相關(guān)知識巧妙地融合在一起，使試題表現(xiàn)出了較好的創(chuàng)意，學(xué)習(xí)中要把氯堿工業(yè)的流程及教材電解飽和食鹽水實驗涉及到的各個知識點要理順、理細，如飽和食鹽水的精制、電解時的現(xiàn)象、電極產(chǎn)物檢驗、物質(zhì)計算、電極反應(yīng)式及電解反應(yīng)的化學(xué)方程式書寫等知識要清晰才行，避免一帶而過、簡單處理．