Question

18．工業(yè)上可用隔膜電解槽電解食鹽水的方法來(lái)制取NaOH、Cl₂和H₂，并以它們?yōu)樵�料生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，如次氯酸鈉等．
根據(jù)題意完成下列計(jì)算：
（1）某氯堿廠測(cè)得某組電解槽的陽(yáng)極每小時(shí)產(chǎn)生氣體485.92m³（折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同），合2.169×10⁴mol；測(cè)知其中Cl₂的體積分?jǐn)?shù)為0.985（雜質(zhì)為O₂），則該氣體的密度為3.144g/L；陰極產(chǎn)生NaOH4.273×10⁴mol（保留四位有效數(shù)字，下同）．
（2）下表提供了兩極溶液濃度的變化數(shù)據(jù)（陰陽(yáng)兩個(gè)極區(qū)的物料不流通，忽略其中溶液的體積變化）．

	陰極：NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)	陽(yáng)極：NaCl溶液濃度（g/L）
進(jìn)料液	0.30	310
電解后	0.32	210

若某個(gè)電解槽每小時(shí)進(jìn)NaOH溶液52.000kg，得到堿溶液初產(chǎn)品90.416kg，則陽(yáng)極區(qū)每小時(shí)加入NaCl溶液0.1950m³．取堿溶液初產(chǎn)品中的40% 加入一定量純水，達(dá)到陰極進(jìn)料液的濃度要求，則需要加入純水2.411L．
（3）產(chǎn)品之一----漂水（NaClO溶液）具有良好的消毒、漂白能力．在制漂水過(guò)程中取1L溶液，測(cè)得pH=12（忽略水解），NaClO含量為0.3725g．在一定條件下，將該溶液制成晶體，質(zhì)量最多為1.335g．通過(guò)列式計(jì)算，寫(xiě)出該晶體的化學(xué)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計(jì)算氣體的物質(zhì)的量；結(jié)合氯氣體積分?jǐn)?shù)計(jì)算氯氣、氧氣物質(zhì)的量，再結(jié)合ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度；電極反應(yīng)方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，在陰極上產(chǎn)生氫氧化鈉的物質(zhì)的量是氯氣物質(zhì)的量的2倍；
（2）溶液中NaOH質(zhì)量增重為電解得到的NaOH，根據(jù)溶液質(zhì)量與NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算電解生成NaOH的質(zhì)量，陽(yáng)極減少的NaCl物質(zhì)的量與陰極生成的NaOH物質(zhì)的量相等，計(jì)算陰極參加反應(yīng)NaCl的質(zhì)量，再結(jié)合陽(yáng)極NaCl濃度變化計(jì)算；
計(jì)算40%堿溶液初產(chǎn)品中的NaOH的質(zhì)量，稀釋中NaOH質(zhì)量不變，計(jì)算稀釋后溶液質(zhì)量，再計(jì)算需要水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算需要加入純水體積；
（3）利用氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)制備漂水，有NaCl生成，測(cè)得pH=12（忽略水解），說(shuō)明有NaOH剩余，可以計(jì)算溶液中氫氧化鈉的濃度，進(jìn)而計(jì)算氫氧化鈉的物質(zhì)的量，計(jì)算次氯酸鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算NaCl物質(zhì)的量，根據(jù)最終晶體質(zhì)量判斷晶體中是否含有水，若有，計(jì)算水的物質(zhì)的量，計(jì)算各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式．

解答 解：（1）根據(jù)V=nVm，產(chǎn)生氫氣485.92m³的物質(zhì)的量是$\frac{485920L}{22.4L/mol}$=2.169×10⁴mol，Cl₂的體積分?jǐn)?shù)為0.985（雜質(zhì)為O₂），則該氣體的密度為（$\frac{485920L}{22.4L/mol}$×0.985×71g/mol+$\frac{485920L}{22.4L/mol}$×0.015×32g/mol）÷485920L=3.144g/L，在陰極上產(chǎn)生氫氧化鈉的物質(zhì)的量是氯氣物質(zhì)的量的2倍，即2.169×10⁴mol×0.985×2=4.273×10⁴mol，
故答案為：2.169×10⁴mol；3.144g/L；4.273×10⁴mol；
（2）溶液中NaOH質(zhì)量增重為電解得到的NaOH，則電解生成NaOH為90.416kg×0.32-52.000kg×0.30，
陽(yáng)極減少的NaCl物質(zhì)的量與陰極生成的NaOH物質(zhì)的量相等；
則陽(yáng)極減少NaCl的質(zhì)量為：（90.416kg×0.32-52.000kg×0.30）×$\frac{58.5}{40}$，
設(shè)陽(yáng)極區(qū)每小時(shí)加入NaCl溶液 為x m³，則陽(yáng)極減少的NaCl質(zhì)量為（310-210）kg/m³×x m³，
所以：（90.416kg×0.32-52.000kg×0.30）×$\frac{58.5}{40}$=（310-210）kg/m³×x m³，
解得x=0.1950
40%堿溶液初產(chǎn)品中的NaOH的質(zhì)量為90.416kg×40%×0.32，加入一定量純水，達(dá)到陰極進(jìn)料液的濃度要求，則稀釋后溶液質(zhì)量為90.416kg×40%×0.32÷0.3，
故加入水的質(zhì)量為：90.416kg×40%×0.32÷0.3-90.416kg×40%，
則加入水的體積為：（90.416kg×40%×0.32÷0.3-90.416kg×40%）÷1kg/L=2.411，
故答案為：0.1950；2.411；
（3）利用氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)制備漂水，有NaCl生成，測(cè)得pH=12（忽略水解），說(shuō)明有NaOH剩余，溶液中氫氧化鈉的濃度為0.01mol/L，則n（NaOH）=0.01mol/L×1L=0.01mol，
NaClO含量為0.3725g，則其物質(zhì)的量為$\frac{0.3725g}{74.5g/mol}$=0.005mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知生成NaCl為$\frac{0.005mol×1}{1}$=0.005mol
則m（NaOH）+m（NaClO）+m（NaCl）=0.01mol×40g/mol+0.3725g+0.005mol×58.5g/mol=1.065g＜1.335g，
故晶體中含有水，其質(zhì)量為1.335g-1.065g=0.27g，水的物質(zhì)的量為$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，
故n（NaCl）：n（NaClO）：n（NaOH）：n（H₂O）=0.005：0.005：0.01：0.15=1：1：2：3，
故該晶體的化學(xué)式為NaCl．NaClO．2NaOH．3H₂O．
答：該晶體的化學(xué)式為NaCl．NaClO．2NaOH．3H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理及計(jì)算、物質(zhì)的量計(jì)算、混合物計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生計(jì)算能力，對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，題目計(jì)算量大，為易錯(cuò)題目，難度較大．