Question

14．氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品．下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過．
完成下列填空：
（1）寫出電解飽和食鹽水的離子方程式．2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
（2）離子交換膜的作用為：防止陽極生成的氯氣與陰極生成的氫氧化鈉反應(yīng)而使產(chǎn)品不純、防止陽極生成的氯氣與陰極生成的氫氣反應(yīng)遇火反應(yīng)而引發(fā)安全事故．
（3）精制飽和食鹽水從圖中a位置補(bǔ)充，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出．（選填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）KClO₃可以和草酸（H₂C₂O₄）、硫酸反應(yīng)生成高效的消毒殺菌劑ClO₂，還生成CO₂和KHSO₄等物質(zhì)．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2KClO₃+H₂C₂O₄+2H₂SO₄═2ClO₂↑+2CO₂↑+2KHSO₄+2H₂O．
“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達(dá)122500～16000kJ•m^-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
（5）已知：
①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1；
③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ•mol^-1
則反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）+CO₂（g）△H=-524.8 kJ•mol^-1．標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H₂）33.6L與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為3mol．
（6）工作溫度為650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H₂）做負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃?xì)�，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點(diǎn)混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的．負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-═3CO₂+H₂O，則該電池的正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）電解精制飽和食鹽水生成氯氣、氫氣、燒堿；
（2）陽離子交換膜只能陽離子通過，陰離子和氣體不能通過；
（3）電解飽和食鹽時(shí)陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強(qiáng)于OH^-，陽極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、NaOH在陰極，NaOH溶液的出口為d，Cl₂在陽極，精制飽和食鹽水從陽極進(jìn)入；
（4）KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在酸性條件下反應(yīng)生成ClO₂、CO₂和KHSO₄，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，結(jié)合質(zhì)量守恒可書寫化學(xué)方程式．
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律來計(jì)算得到；依據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計(jì)算物質(zhì)的量結(jié)合化學(xué)方程式的電子轉(zhuǎn)移計(jì)算；
（6）該燃料電池中，負(fù)極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子而發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）陽離子交換膜只能陽離子通過，陰離子和氣體不能通過，用石墨作電極電解飽和氯化鈉時(shí)，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣不能通過陽離子交換膜而進(jìn)入陰極，如果氯氣進(jìn)入陰極易和氫氣混合產(chǎn)生爆炸，且易和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉而導(dǎo)致制取的氫氧化鈉不純；
故答案為：防止陽極生成的氯氣與陰極生成的氫氧化鈉反應(yīng)而使產(chǎn)品不純；防止陽極生成的氯氣與陰極生成的氫氣反應(yīng)遇火反應(yīng)而引發(fā)安全事故；
（3）電解槽中陰極是氫離子放電生成氫氣，水電離平衡正向進(jìn)行氫氧根離子濃度增大，生成氫氧化鈉溶液，NaOH溶液的出口為d；Cl₂在陽極，依據(jù)裝置圖分析可知精制飽和食鹽水從陽極進(jìn)入，即進(jìn)口為a，
故答案為：a，d；
（4）KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在酸性條件下反應(yīng)生成ClO₂、CO₂和KHSO₄，反應(yīng)的方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄+2H₂SO₄═2ClO₂↑+2CO₂↑+2KHSO₄+2H₂O，
故答案為：2KClO₃+H₂C₂O₄+2H₂SO₄═2ClO₂↑+2CO₂↑+2KHSO₄+2H₂O．
（5）C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
由蓋斯定律①-②得到CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g）△H=-524.8KJ/mol；
在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6L的煤炭合成氣物質(zhì)的量為1.5mol，與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過程中2mol合成氣完全反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移4mol，所以1.5mol合成氣反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子3mol；
故答案為：-524.8； 3mol；
（6）該燃料電池中，負(fù)極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子而發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理的分析，電極分析判斷方法，化學(xué)方程式書寫，主要是弱電解質(zhì)電離程度大小和鹽類水解的原理應(yīng)用，離子濃度大小比較，題目難度中等．