Question

13．氯堿工業(yè)的生產(chǎn)流程圖如圖1：

（1）電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，粗鹽水（含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等無機(jī)雜質(zhì)）在進(jìn)入電解槽前需要進(jìn)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)過二次精制就直接進(jìn)入離子交換膜電解槽會產(chǎn)生什么后果：用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜．
（2）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉．
（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）．
A處產(chǎn)生的氣體是Cl₂，F(xiàn)電極的名稱是陰極，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（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(shí)通過1A的直流電可以產(chǎn)生1.492g的燒堿，某工廠用300個(gè)電解槽串聯(lián)生產(chǎn)10小時(shí)，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342t/m³）140m³，電解槽的電流強(qiáng)度1.450×10⁴A，該電解槽的電解效率為92.63%．（保留四位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）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；
（2）根據(jù)工藝流程圖結(jié)合電解工藝的原料以及產(chǎn)物知識來判斷；
（3）電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，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(jì)算生成NaOH的質(zhì)量，根據(jù)理論耗電量和實(shí)際耗電量計(jì)算．

解答 解：（1）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↓，用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，堿性條件下會生成沉淀，損害離子交換膜；
（2）根據(jù)工藝流程圖結(jié)中用到的原料以及產(chǎn)物，可以知道氯化鈉、氫氧化鈉是可以循環(huán)使用的，
故答案為：氯化鈉、氫氧化鈉；
（3）電解池中，陽離子鈉離子移向陰極，所以B是電源的負(fù)極，A是正極，E是陽極，在陽極上產(chǎn)生的是氯氣，F(xiàn)是陰極，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：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：Cl₂；陰極；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，離子反應(yīng)為：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/m³×140m³=1.8788×10⁵kg，m（NaOH）=1.8788×10⁵kg×32%=6.01216×10⁴kg，則理論上需要電流量為$\frac{6.01216×1{0}^{7}g}{1.492g}$≈4.02959×10⁷A，則實(shí)際上耗電量為1.45×10⁴A×10×300=4.35×10⁷A，該電解槽的電解效率為$\frac{4.02959×1{0}^{7}}{4.35×1{0}^{7}}$×100%≈92.63%，
故答案為：92.63%．

點(diǎn)評 本題以氯堿工業(yè)為載體，考查學(xué)生生化學(xué)工藝流程題的解題方法知識，注意電解池的工作原理的靈活應(yīng)用是關(guān)鍵，題目難度中等．