Question

4．氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)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(huán)的物質是氯化鈉、氫氧化鈉（或NaCl、NaOH）．
（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(fā)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膜電解槽會產生什么后果少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜．
（3）圖2是工業(yè)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．
（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1安培的直流電可以產生1.492g的燒堿，某工廠用300個電解槽串聯生產8小時，制得30%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87.6%．

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，可以知道從陽極槽出來的淡鹽水中含有氯化鈉可以循環(huán)使用，電解產生的氫氧化鈉可作為在進入電解槽前需要進行兩次精制的原料，也是可以循環(huán)使用的物質，
故答案為：氯化鈉、氫氧化鈉（或NaCl、NaOH）；
（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↓，若食鹽水不經過二次精制，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↓，少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解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$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：H₂；陽極；
（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，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/m³×113m³=1.516×10⁵kg，m（NaOH）=1.516×10⁵kg×30%=4.548×10⁴kg，
則理論上需要電流量為$\frac{4.548×1{0}^{7}g}{1.492g}$=3.0483×10⁷A，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$\frac{3.0483×1{0}^{7}}{3.48×1{0}^{7}}$×100%≈87.6%，
故答案為：87.6%．

點評 本題以氯堿工業(yè)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．