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：

回答下列問題：
（1）該流程中可以循環(huán)使用的物質是氯化鈉、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-等雜質，所以在進入電解槽前需要進行兩次精制．“一次精制”中生成沉淀的主要成分是CaCO₃、Mg（OH）₂（填化學式）；若食鹽水不經過“二次精制”、直接進入“離子交換膜電解槽”，這樣產生的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“離子交換膜電解槽”示意圖（陽極用惰性材料制成，陰極由碳鋼網制成），B處產生的氣體是H₂，D處加入的物質為氫氧化鈉稀溶液．
（4）電解槽中陽離子交換膜的作用和目的是阻止陰離子和氣體通過，防止氫氣和氯氣混合，防止氯氣與氫氧化鈉反應．“陽極液”中通常含有少量氯酸鈉、次氯酸鈉及溶解氯，在“脫氯”前需先加入高純鹽酸除去氯酸鈉，該反應的離子方程式為ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O．
（5）已知在每個電解槽中，每小時通過1A的直電流，理論上可以產生1.492g燒堿．某工廠用300個電解槽串聯生產8h，通過電解槽的電流強度為1.45×10⁴A，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342×10³kg•m^-3）113m³，則該電解生產過程中燒堿的產率為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，確定物質的種類；
（4）陽離子交換膜是為了阻止陰離子和氣體通過，防止氫氣和氯氣混合，防止氯氣與氫氧化鈉反應；氯酸鈉、次氯酸鈉在酸性條件下發(fā)生歸中反應生成氯氣；
（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(huán)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：CaCO₃、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$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故B處產生的氣體是氫氣，D處加入的物質是氫氧化鈉稀溶液，故答案為：H₂；氫氧化鈉稀溶液；
（4）陽離子交換膜是為了阻止陰離子和氣體通過，防止氫氣和氯氣混合，防止氯氣與氫氧化鈉反應；氯酸鈉、次氯酸鈉在酸性條件下發(fā)生歸中反應生成氯氣，反應的離子方程式為ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，故答案為：阻止陰離子和氣體通過，防止氫氣和氯氣混合，防止氯氣與氫氧化鈉反應；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（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，
則該電解生產過程中燒堿的產率=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(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，難度不大．