Question

15．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(chǎn)方法，其生產(chǎn)流程如下
圖1 所示：

（1）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉（或NaCl、NaOH）．
（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-等無機雜質(zhì)，所以在進入電解槽前需要進行兩次精制，寫出一次精制中發(fā)生的離子方程式Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓，若食鹽水不經(jīng)過二次精制，仍會有少量的Ca²⁺、Mg²⁺直接進入離子膜電解槽，這樣產(chǎn)生什么后果是少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜．
（3）圖2 是工業(yè)上電解飽和食鹽水的離子交換膜電解槽示意圖（陽極用金屬鈦網(wǎng)制成，陰極由碳鋼網(wǎng)制成）．則B 處產(chǎn)生的氣體是氫氣，E 電極的名稱是陽極．電解總反應(yīng)的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH．
（4）從陽極槽出來的淡鹽水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亞硫酸鈉溶液將其徹底除去，該反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-．
（5）已知在電解槽中，每小時通過1 安培的直流電理論上可以產(chǎn)生1.492g 的燒堿，某工廠用300 個電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8 小時，制得30%的燒堿溶液（密度為1.342 噸/m³）113m³，電解槽的電流強度1.45×10⁴A，該電解槽的電解效率為93.45%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖1知，食鹽水一次精制時需要燒堿和純堿，陰極時得到NaOH；用食鹽水精制后然后電解得到氯氣、氫氣和燒堿，陽極液通過脫氧得到食鹽水，據(jù)此判斷循環(huán)利用的物質(zhì)；
（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(jù)處理后的鹽水中還含有少量雜質(zhì)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(jù)電極反應(yīng)確定產(chǎn)物，根據(jù)電解池的工作原理來書寫方程式；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉；
（5）計算生成NaOH的質(zhì)量，根據(jù)理論耗電量和實際耗電量計算．

解答 解：（1）根據(jù)圖1知，食鹽水一次精制時需要燒堿和純堿，陰極時得到NaOH；用食鹽水精制后然后電解得到氯氣、氫氣和燒堿，陽極液通過脫氧得到食鹽水，據(jù)此判斷循環(huán)利用的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉，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(zhì)離子Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，對裝置中的交換膜產(chǎn)生影響，
故答案為：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解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(chǎn)生的是氫氣，電解飽和食鹽水的原理方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，故答案為：H₂；陽極；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，即SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-，故答案為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-；
（5）燒堿溶液質(zhì)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，
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 本題考查氯堿工業(yè)，側(cè)重考查學生電解原理、有關(guān)計算、氧化還原反應(yīng)等知識點，明確各個電極上發(fā)生的反應(yīng)，難點是離子方程式的書寫，題目難度不大．