Question

6．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(chǎn)方法，其生產(chǎn)流程如圖1所示：

（1）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)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(zhì)，所以在進入電解槽前需要進行兩次精制，得到精制飽和食鹽水．
①第一次精制過程中所加除雜試劑順序不合理的是D
A．BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃、HCl
B．BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH、HCl
C．NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃、HCl 
D．Na₂CO₃、BaCl₂、NaOH、HCl
②一次精制后的食鹽水仍會有少量的Ca²⁺、Mg²⁺，需要送入陽離子交換塔進行二次精制，若不經(jīng)過二次精制，直接進入離子膜電解槽，這樣會產(chǎn)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．
（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(wǎng)制成，陰極由碳鋼網(wǎng)制成），則A處產(chǎn)生的氣體是Cl₂，F(xiàn)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，該反應的化學方程式為Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl．
（5）已知在電解槽中，每小時通過1A的直流電理論上可以產(chǎn)生1.492g的燒堿，某工廠用300個電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8h，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342t/m³）113m³，電解槽的電流強度1.45×10⁴A，該電解槽的電解效率為93.46%（保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)工藝流程圖結(jié)合電解工藝的原料以及產(chǎn)物知識來判斷；
（2）①除去鈣離子選用碳酸鈉溶液、除去鎂離子選用氫氧化鈉溶液、除去硫酸根離子選用氯化鋇溶液，為了保證將雜質(zhì)除盡，所加試劑必須過量，為了不引進新的雜質(zhì)，應該先加入氫氧化鈉或氯化鋇，然后再加入碳酸鈉，最后加入鹽酸；加入的每種試劑必須過量，保證將所有雜質(zhì)都能除去，反應完采用加熱方法，除去剩余的氯化氫；
②根據(jù)處理后的鹽水中還含有少量雜質(zhì)離子對裝置的影響角度來回答；
（3）電解池中，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，電解飽和食鹽水，根據(jù)電極反應確定產(chǎn)物，根據(jù)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(zhì)量，根據(jù)理論耗電量和實際耗電量計算．

解答 解：（1）根據(jù)工藝流程圖結(jié)中用到的原料以及產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)，
故答案為：氯化鈉、氫氧化鈉；
（2）①先加入足量的NaOH，除去鎂離子；然后加入過量BaCl₂，除去SO₄^2-、CO₃^2-；再加入過量Na₂CO₃ 除去Ca²⁺和過量的Ba²⁺；過濾后，濾液中加入過量的鹽酸，除去溶液中剩余的碳酸根和氫氧化鈉中的氫氧根，最后加熱除去剩余的氯化氫，也可先加BaCl₂，再加入NaOH，最后依次加入Na₂CO₃、HCl，為了將多余的雜質(zhì)除掉，碳酸鈉必須放在氯化鋇的后面，故D錯誤，
故答案為：D；
②處理后的鹽水中還含有少量雜質(zhì)離子Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，對裝置中的交換膜產(chǎn)生影響，
故答案為：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，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，所以F電極是陰極，電解飽和食鹽水，在陽極上電極反應為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，產(chǎn)生的是氯氣，在陰極上產(chǎn)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，即Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，
故答案為：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl；
（5）燒堿溶液質(zhì)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$\frac{3.252×1{0}^{7}A}{3.48×1{0}^{7}A}$×100%≈93.46%，
故答案為：93.46%．

點評 本題以氯堿工業(yè)為載體，考查物質(zhì)的分離、提純、化學工藝流程題的解題方法等知識，側(cè)重于學生的分析能力、實驗能力和評價能力的考查，注意電解池的工作原理的靈活應用是關(guān)鍵，題目難度中等．