Question

（2010?海南模擬）工業(yè)上電解制堿的技術(shù)是用離子交換膜法，主要原料是飽和食鹽水．
請回答下列問題：
電解槽中部的陽離子交換膜把電解槽隔成了陰極室和陽極室，它只允許

Na⁺

（填離子符號，下同）通過，而不允許

Cl^-、OH^-

和氣體通過．電解法制堿的主要原料飽和食鹽水是由粗鹽制得，其中含有泥沙及Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)，因此必須精制．精制時所用試劑為①NaOH ②Na₂CO₃ ③BaCl₂④鹽酸，這四種試劑的添加順序為

③②①④或①③②④

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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)（電）能30%以上．在這種工藝設計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，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)生的電極反應正極：

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

； 負極：

H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

；
③這樣設計的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出2處）

燃料電池可以補充電解池消耗的電能

、

提高產(chǎn)出堿液的濃度（降低能耗）

．

Answer 1

分析：（1）陽離子交換膜只允許陽離子通過，不允許陰離子通過；
（2）根據(jù)粗鹽提純時鹽酸要放在最后，來除去過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，要先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子；
（3）①根據(jù)陽離子交換膜的作用和燃料電池的工作原理來回答；
②根據(jù)燃料電池的工作原理來回答；
③根據(jù)燃料電池能將化學能轉(zhuǎn)化為電能結(jié)合該方法來分析其優(yōu)點之處．

解答：解：（1）陽離子交換膜只允許陽離子Na⁺ 通過，不允許陰離子Cl^-、OH^-通過，故答案為：Na⁺；Cl^-、OH^-；
（2）先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子，如果加反了，過量的鋇離子就沒法除去，至于加氫氧化鈉除去鎂離子順序不受限制，因為過量的氫氧化鈉加鹽酸就可以調(diào)節(jié)了，只要將三種離子除完了，過濾，最后加鹽酸除去過量的氫氧根離子、碳酸根離子，故答案為：③②①④或①③②④；
（3）①在燃料電池中，氧氣作正極，所以通入空氣的極是正極，通入燃料的極是負極，即產(chǎn)生Y的極是陰極，所產(chǎn)生的是氫氣，在X處產(chǎn)生的是氯氣，氫氧燃料電池最后產(chǎn)生的是水，所以a%小于b%，故答案為：Cl₂；H₂；a%小于b%；
②燃料電池的工作原理：負極是燃料氫氣發(fā)生失電子的氧化反應，即O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，正極是氧氣發(fā)生得電子得還原反應，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③燃料電池能將化學能轉(zhuǎn)化為電能，所以燃料電池可以補充電解池消耗的電能，此外還可以提高產(chǎn)出堿液的濃度，降低能耗，故答案為：燃料電池可以補充電解池消耗的電能；提高產(chǎn)出堿液的濃度（降低能耗）．

點評：本題考查學生氯堿工業(yè)的有關(guān)知識，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．