Question

16．工業(yè)上電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下：

依據(jù)如圖，完成下列填空：
（1）在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑；習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)．
（2）①工業(yè)食鹽含Ca²⁺、Mg²⁺等雜質(zhì)，精制過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為（任寫一個）：Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓或Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓．
②Na₂O₂與FeCl₂溶液以物質(zhì)的量1：1反應(yīng)，試寫出反應(yīng)的總離子方程式4Na₂O₂+4Fe²⁺+6H₂O=4Fe（OH）₃↓+8Na⁺+O₂↑，
（3）為了有效地除去粗鹽中的雜質(zhì)離子Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，加入試劑的合理順序為bc（選填：a、b、c）；
a．先加NaOH，后加NaCO₃，再加鋇試劑　　　
b．先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na₂CO₃
c．先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na₂CO₃
（4）電解飽和食鹽水時，收集到0.05molH₂，設(shè)溶液體積恒為1000mL，則電解后溶液PH為13．
（5）脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、（填操作名稱）除去NaCl．
（6）在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl₂與NaOH反應(yīng)；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl₂與NaOH充分接觸，電解槽中的最終產(chǎn)物僅是NaClO和H₂，請寫出無隔膜電解槽中總的化學方程式為NaCl+H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．

Answer 1

分析 由流程可知，粗鹽加水化鹽溶解后，加NaOH除去鎂離子，加碳酸鈉除去鈣離子，精制后得到的沉渣為CaCO₃、Mg（OH）₂；精制后的食鹽水電解生成NaOH、氫氣、氯氣，最后脫鹽（NaCl等）得到高濃度的NaOH溶液，
（1）電解氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近生成氫氧化鈉；習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)；
（2）①用可溶性的碳酸鈉除去鈣離子，用NaOH除去鎂離子；
②Na₂O₂投入FeCl₂溶液發(fā)生，過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣，氫氧化鈉與氯化亞鐵發(fā)生復分解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵，據(jù)此結(jié)合Na₂O₂與FeCl₂溶液以物質(zhì)的量1：1反應(yīng)書寫；
（3）有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，應(yīng)注意碳酸鈉在鋇試劑之后加；
（4）電解飽和食鹽水陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，依據(jù)電解原理分析，書寫電池反應(yīng)，依據(jù)生成的氣體體積，計算氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)計算氫離子濃度計算溶液pH；
（5）根據(jù)氫氧化鈉和氯化鈉的溶解度隨溫度的變化關(guān)系來確定實現(xiàn)氯化鈉和氫氧化鈉分離獲得氯化鈉的方法進行分析；
（6）根據(jù)反應(yīng)物氯化鈉和水通電生成生成物次氯酸鈉和氫氣寫出反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）電解食鹽水，與正極相連為陽極，生成氯氣，該電極反應(yīng)為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；氯堿工業(yè)；
（2）①Ca²⁺、Mg²⁺等雜質(zhì)與碳酸鈉、NaOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化為沉淀，離子反應(yīng)分別為Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓，
故答案為：Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓或Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓；
②Na₂O₂投入FeCl₂溶液發(fā)生，過氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣，氫氧化鈉與氯化亞鐵發(fā)生復分解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵，涉及的化學方程式依次為：4Na₂O₂+4H₂O═8NaOH+2O₂↑、4FeCl₂+8NaOH═4Fe（OH）₂↓+8NaCl、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，則Na₂O₂與FeCl₂溶液以物質(zhì)的量1：1反應(yīng)，反應(yīng)的總離子方程式為：4Na₂O₂+4Fe²⁺+6H₂O=4Fe（OH）₃↓+8Na⁺+O₂↑，
故答案為：4Na₂O₂+4Fe²⁺+6H₂O=4Fe（OH）₃↓+8Na⁺+O₂↑；
（3）有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，應(yīng)注意碳酸鈉在鋇試劑之后，是為除去過量的鋇離子，顯然選項bc符合，故答案為：bc；
（4）電解飽和食鹽水陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-； 電解一段時間后收集到0.05molH₂，設(shè)溶液體積恒為1000mL，依據(jù)離子方程式計算得到生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.05×2=0.1mol，c（OH^-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L；氫離子濃度為10^-13mol/L，pH=13，故答案為：13；
（5）因為氯化鈉的溶解度隨著溫度變化不大，所以可以采用蒸發(fā)濃縮溶劑結(jié)晶的方法，然后過濾制得晶體，從而除去氫氧化鈉中的氯化鈉，故答案為：蒸發(fā)濃縮；過濾；
（6）若氯氣和氫氧化鈉充分接觸，產(chǎn)物僅是次氯酸鈉和氫氣，則發(fā)生的反應(yīng)為 NaCl+H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，故答案為：NaCl+H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．

點評 本題考查粗鹽提純及電解原理，明確發(fā)生的離子反應(yīng)及電解反應(yīng)是解答的關(guān)鍵，注意除雜不能引入新的雜質(zhì)及試劑的添加順序，題目難度中等．