Question

Ⅰ．工業(yè)上電解飽和食鹽能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅．
（1）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(shí)，粗鹽溶于水過(guò)濾后，還要加入的試劑分別為①Na₂CO₃、②HCl（鹽酸）③BaCl₂，這3種試劑添加的合理順序是______（填序號(hào)）洗滌除去NaCl晶體表面附帶的少量KCl，選用的試劑為_(kāi)_____．（填序號(hào)）（①飽和Na₂CO₃溶液  ②飽和K₂CO₃溶液  ③75%乙醇 ④四氯化碳）
（2）如圖是離子交換膜（允許鈉離子通過(guò)，不允許氫氧根與氯離子通過(guò)）法電解飽和食鹽水示意圖，電解槽陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體是______；NaOH溶液的出口為_(kāi)_____（填字母）；精制飽和食鹽水的進(jìn)口為_(kāi)_____（填字母）；干燥塔中應(yīng)使用的液體是______．

Ⅱ．多晶硅主要采用SiHCl₃還原工藝生產(chǎn)，其副產(chǎn)物SiCl₄的綜合利用受到廣泛關(guān)注．
（1）SiCl₄可制氣相白炭黑（與光導(dǎo)纖維主要原料相同），方法為高溫下SiCl₄與H₂和O₂反應(yīng)，產(chǎn)物有兩種，化學(xué)方程式為_(kāi)_____ SiO₂+4HCl

Answer 1

【答案】分析：Ⅰ．（1）抓住除鋇離子要放在除碳酸根離子前即可解答；根據(jù)有機(jī)物的性質(zhì)以及氯化鉀在有機(jī)物中的溶解度知識(shí)來(lái)回答；
（2）電解飽和食鹽時(shí)陽(yáng)極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強(qiáng)于OH^-，陽(yáng)極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、2NaOH在陰極，NaOH溶液的出口為a，Cl₂在陽(yáng)極，精制飽和食鹽水從陽(yáng)極進(jìn)入，要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑或中性干燥劑；
Ⅱ．（1）SiCl₄與H₂和O₂反應(yīng)，產(chǎn)物有兩種，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產(chǎn)物中，H、Cl元素結(jié)合成HCl，然后配平即可；
（2）利用三段分析法，根據(jù)平衡時(shí)H₂與SiHCl₃物質(zhì)的量濃度，求出的起始物質(zhì)的量，再根據(jù)2NaCl+2H₂O Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，求出理論上消耗純NaCl的質(zhì)量；
（3）根據(jù)制取氣體的藥品和條件來(lái)選擇儀器和裝置；
（4）根據(jù)得失電子守恒，NaCl轉(zhuǎn)化為NaClO₃所失去的電子等于H₂O轉(zhuǎn)化為H₂所得到的電子，由氯酸鈉的質(zhì)量求出氯酸鈉的物質(zhì)的量，進(jìn)而求出NaCl轉(zhuǎn)化為NaClO₃所失去的電子的物質(zhì)的量，最后求出生成氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積；
Ⅲ．（1）浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素來(lái)看，可通過(guò)升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過(guò)攪拌使反應(yīng)物充分接觸反應(yīng)，或通過(guò)過(guò)濾后濾渣多次浸取以提高轉(zhuǎn)化率；
（2）根據(jù)MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能與硫酸反應(yīng)，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成濾渣；濾液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根據(jù)陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH，在調(diào)節(jié)pH至5.5時(shí)，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺已經(jīng)完全沉淀，濾渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）根據(jù)侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理；
（4）根據(jù)侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理．
解答：解：Ⅰ．（1）應(yīng)先加入過(guò)量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加過(guò)量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，過(guò)濾后加入鹽酸可除去Na₂CO₃，故答案為：③①②；
除去NaCl晶體表面的少量的KCl，應(yīng)選用75%的乙醇，因?yàn)镃Cl₄有毒，同時(shí)KCl也不會(huì)溶解在CCl₄中，用飽和Na₂CO₃溶液或飽和K₂CO₃溶液會(huì)引入新的雜質(zhì)，故答案為：③；
（2）電解飽和食鹽時(shí)，陰極：氫離子放電，產(chǎn)生氫氣，致使氫氧根離子濃度增大，鈉離子和氫氧根離子的增大都發(fā)生在陰極室，所以a出口導(dǎo)出的液體是氫氧化鈉溶液；陽(yáng)極：氯離子放電，產(chǎn)生氯氣，致使鈉離子濃度升高，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜到達(dá)陰極室．所以d入口應(yīng)加入精制飽和食鹽水；要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑濃硫酸或P₂O₅等，中性干燥劑無(wú)水CaCl₂，
故答案為：氯氣；a；d；濃硫酸；
Ⅱ．（1）SiCl₄與H₂和O₂反應(yīng)，產(chǎn)物有兩種，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產(chǎn)物中，H、Cl元素結(jié)合成HCl，然后配平即可．發(fā)生的化學(xué)方程式為：SiCl₄+2H₂+O₂SiO₂+4HCl；
（2）由3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）4SiHCl₃（g）
起始量（mol）      n                        0
變化量（mol）      2x       x               4x
平衡量（mol）     n-2x                      4x
 4x=0.020mol/L×20L=0.4mol，x=0.1mol，
 n-2x=0.140mol/L×20L=2.8mol，n=3.0mol，
由2NaCl+2H₂OCl₂↑+H₂↑+2NaOH，
  mol                  1mol
n（NaCl）            3.0mol
n（NaCl）=6.0mol，m（NaCl）=58.5g/mol×6.0mol=351g=0.351kg，故答案為：0.351；
（3）實(shí)驗(yàn)室制氫氣：固體+液體氣體，所以選e，制氯氣：固體+液體氣體，干燥氯氣用濃硫酸，除去氯化氫用飽和食鹽水，故選d，故答案為：e，d；

（4）由NaCl轉(zhuǎn)化為NaClO₃，失去電子數(shù)為6，H₂O轉(zhuǎn)化為H₂，得到的電子數(shù)為2，
設(shè)產(chǎn)生的H₂體積為Vm³，由得失電子守恒得：6×=2×，V=134.4m³，故答案為：134.4；
Ⅲ．（1）浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素來(lái)看，可通過(guò)升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過(guò)攪拌使反應(yīng)物充分接觸反應(yīng)，或通過(guò)過(guò)濾后濾渣多次浸取以提高轉(zhuǎn)化率，故答案為：適當(dāng)提高反應(yīng)溫度、增加浸出時(shí)間；
（2）因MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能與硫酸反應(yīng)，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成濾渣；濾液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根據(jù)陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH，在調(diào)節(jié)pH至5.5時(shí)，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺已經(jīng)完全沉淀，濾渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）反應(yīng)MgCl₂+2NaClO₃═Mg（ClO₃）₂+2NaCl類(lèi)似于侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理，因?yàn)镹aCl溶解度小而從溶液中析出，使反應(yīng)向生成Mg（ClO₃）₂的方向進(jìn)行，
故答案為：在某一溫度時(shí)，NaCl最先達(dá)到飽和析出；Mg（ClO₃）₂的溶解度隨溫度變化的最大，NaCl 的溶解度與其他物質(zhì)的溶解度有一定的差別；
（4）同樣是依據(jù)①的原理，在降溫的過(guò)程中，Mg（ClO₃）₂的溶解度不斷減小，從溶液中析出，在生成Mg（ClO₃）₂的過(guò)程中NaCl也不斷生成，但因溶解度沒(méi)有增加，所以也伴隨Mg（ClO₃）₂析出；相同溫度時(shí)氯化鈉的溶解度最小，因此在冷卻降溫析出Mg（ClO₃）₂過(guò)程中一定會(huì)析出氯化鈉．由于氯酸鎂和氯化鈉均溶于水，溶于水的可溶性物質(zhì)一般用結(jié)晶和重結(jié)晶的方法分離．
故答案為：降溫前，溶液中NaCl已達(dá)飽和，降低過(guò)程中，NaCl溶解度會(huì)降低，會(huì)少量析出；重結(jié)晶．
點(diǎn)評(píng)：本題考查電解、氯堿工業(yè)、化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、化學(xué)計(jì)算、儀器裝置的選取等知識(shí)點(diǎn)，注意氧化還原反應(yīng)中電子守恒法的運(yùn)用．