4.氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)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)流程如圖1所示:

回答下列問(wèn)題:
(1)該流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉
(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+、SO42-等雜質(zhì),所以在進(jìn)入電解槽前需要進(jìn)行兩次精制.“一次精制”中生成沉淀的主要成分是CaCO3、Mg(OH)2(填化學(xué)式);若食鹽水不經(jīng)過(guò)“二次精制”、直接進(jìn)入“離子交換膜電解槽”,這樣產(chǎn)生的后果是用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg2+、Ca2+,堿性條件下會(huì)生成沉淀,損害離子交換膜.
(3)圖2是“離子交換膜電解槽”示意圖(陽(yáng)極用惰性材料制成,陰極由碳鋼網(wǎng)制成),B處產(chǎn)生的氣體是H2,D處加入的物質(zhì)為氫氧化鈉稀溶液.
(4)電解槽中陽(yáng)離子交換膜的作用和目的是阻止陰離子和氣體通過(guò),防止氫氣和氯氣混合,防止氯氣與氫氧化鈉反應(yīng).“陽(yáng)極液”中通常含有少量氯酸鈉、次氯酸鈉及溶解氯,在“脫氯”前需先加入高純鹽酸除去氯酸鈉,該反應(yīng)的離子方程式為ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O.
(5)已知在每個(gè)電解槽中,每小時(shí)通過(guò)1A的直電流,理論上可以產(chǎn)生1.492g燒堿.某工廠用300個(gè)電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8h,通過(guò)電解槽的電流強(qiáng)度為1.45×104A,制得32%的燒堿溶液(密度為1.342×103kg•m-3)113m3,則該電解生產(chǎn)過(guò)程中燒堿的產(chǎn)率為93.45%.

分析 (1)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(shí)來(lái)判斷;
(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(duì)裝置的影響角度來(lái)回答;
(3)電解池中,陽(yáng)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(lái)書(shū)寫(xiě)方程式,確定物質(zhì)的種類;
(4)陽(yáng)離子交換膜是為了阻止陰離子和氣體通過(guò),防止氫氣和氯氣混合,防止氯氣與氫氧化鈉反應(yīng);氯酸鈉、次氯酸鈉在酸性條件下發(fā)生歸中反應(yīng)生成氯氣;
(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)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;
(2)除去鈣離子使用碳酸鈉試劑,Ca2++CO32-=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(huì)生成沉淀,對(duì)裝置中的交換膜產(chǎn)生影響,
故答案為:CaCO3、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(huì)生成沉淀,損害離子交換膜;
(3)電解池中,陽(yáng)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(yáng)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B處產(chǎn)生的氣體是氫氣,D處加入的物質(zhì)是氫氧化鈉稀溶液,故答案為:H2;氫氧化鈉稀溶液;
(4)陽(yáng)離子交換膜是為了阻止陰離子和氣體通過(guò),防止氫氣和氯氣混合,防止氯氣與氫氧化鈉反應(yīng);氯酸鈉、次氯酸鈉在酸性條件下發(fā)生歸中反應(yīng)生成氯氣,反應(yīng)的離子方程式為ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O,故答案為:阻止陰離子和氣體通過(guò),防止氫氣和氯氣混合,防止氯氣與氫氧化鈉反應(yīng);ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O;
(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(shí)際上耗電量為1.45×104A×8×300=3.48×107A,
則該電解生產(chǎn)過(guò)程中燒堿的產(chǎn)率=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(diǎn)評(píng) 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(shí),注意電解池的工作原理的靈活應(yīng)用是關(guān)鍵,難度不大.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

14.中國(guó)科學(xué)家屠呦呦因青蒿素的研究榮獲了2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).青蒿素是繼乙氨嘧啶、氯喹、伯喹之后最有效的抗瘧特效藥,具有速效和低毒的特點(diǎn),曾被世界衛(wèi)生組織稱做是“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”.由青蒿素合成系列衍生物(它們的名稱和代號(hào)如圖所示)的路線如圖:

已知:
+H-OH→2
回答下列問(wèn)題:
(1)青蒿素的分子式為C15H22O5
(2)反應(yīng)①中,有機(jī)反應(yīng)類型為加成反應(yīng)(或還原反應(yīng));NaBH4的作用是B.
A.氧化劑  B.還原劑  C.催化劑  D.溶劑
(3)有機(jī)物D是分子式為C4H4O3的五元環(huán)狀化合物,請(qǐng)寫(xiě)出D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式
(4)青蒿唬酯能夠發(fā)生的反應(yīng)類型有ABC.
A.酯化反應(yīng)      B.水解反應(yīng)       C.還原反應(yīng)      D.加聚反應(yīng)
(5)以H2Q表示雙氫青蒿素,寫(xiě)出反應(yīng)②(雙氫青蒿素和甲醇反應(yīng))的化學(xué)方程式H2Q+CH3OH$\stackrel{H+}{→}$HQ-CH3+H2O.
(6)從雙氫青蒿素(H2Q)出發(fā),可通過(guò)多步反應(yīng)合成出有機(jī)物E.合成過(guò)程中,有機(jī)原料除H2Q、外,還需含苯環(huán)的二羥基化合物F,寫(xiě)如有機(jī)物F與NaOH溶液反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式,有機(jī)物G是F的同分異構(gòu)體,有機(jī)物G遇FeCl3溶液顯紫色,且有4種不同類型的氫,其個(gè)數(shù)比為3:2:2:1,則符合條件的有機(jī)物G的同分異構(gòu)體有3種.寫(xiě)出其中一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

15.基態(tài)時(shí),原子序數(shù)為13的主族元素原子核外電子所占據(jù)原子軌道數(shù)共有(  )
A.13B.4個(gè)C.6個(gè)D.7個(gè)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

12.下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確的是(  )
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 
 A 白色沉淀 臭雞蛋氣味氣體無(wú)色溶液  無(wú)色溶液
 B 無(wú)色溶液 無(wú)色無(wú)味氣體 白色沉淀 白色沉淀
 C 無(wú)色溶液 淺黃色沉淀 白色沉淀 白色沉淀
 D 白色沉淀淺黃色沉淀  無(wú)色溶液無(wú)色溶液
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

19.根據(jù)等電子原理,下列各組分子或離子的空間構(gòu)型不相似的是( 。
A.NH4+和CH4B.H3O+和NH3C.NO3-和CO32-D.CO2和H2O

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

9.催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問(wèn)題的重要手段之一,研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng),分別生成CH3OH和CO,反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-8
CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H2
某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強(qiáng)下,經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
T(K)催化劑CO2轉(zhuǎn)化率(%)甲醇選擇性(%)
543Cat.112.342.3
543Cat.210.972.7
553Cat.115.339.1
553Cat.212.071.6
[備注]Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性;轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0kJ•mol-1和-285.8kJ•mol-1
②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1
請(qǐng)回答(不考慮溫度對(duì)△H的影響):
(1)反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$;反應(yīng)Ⅱ的△H2=+41.2kJ•mol-1
(2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有CD.
A.使用催化劑Cat.1  
B、使用催化劑Cat.2
C、降低反應(yīng)溫度  
D、投料比不變,增加反應(yīng)物的濃度
E、增大 CO2和H2的初始投料比
(3)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是表中數(shù)據(jù)表明此時(shí)未達(dá)到平衡,不同的催化劑對(duì)反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同,因而再該時(shí)刻下對(duì)甲醇選擇性有影響.
(4)在如圖中分別畫(huà)出反應(yīng)I在無(wú)催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過(guò)程-能量”示意圖.
(5)研究證實(shí),CO2也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇,則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在陰極,該電極反應(yīng)式是CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

16.實(shí)驗(yàn)室以一種工業(yè)廢渣(主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)為原料制備MgCO3•3H2O.實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖1:

(1)酸溶過(guò)程中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
MgCO3(S)+2H+(aq)═Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=-50.4kJ•mol-1
Mg2SiO4(s)+4H+(aq)═2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l)△H=-225.4kJ•mol-1
酸溶需加熱的目的是加快酸溶速率;所加H2SO4不宜過(guò)量太多的原因是避免制備MgCO3時(shí)消耗過(guò)多的堿.
(2)加入H2O2氧化時(shí)發(fā)生發(fā)應(yīng)的離子方程式為2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O.
(3)用圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行萃取分液,以除去溶液中的Fe3+
①實(shí)驗(yàn)裝置圖中儀器A的名稱為分液漏斗.
②為使Fe3+盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相,采取的操作:向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機(jī)萃取劑,充分振蕩、靜置、分液,并重復(fù)多次.
(4)請(qǐng)補(bǔ)充完整由萃取后得到的水溶液制備MgCO3•3H2O的實(shí)驗(yàn)方案:邊攪拌邊向溶液中滴加氨水,至5<pH<8.5,過(guò)濾,邊攪拌邊向?yàn)V液中滴加碳酸鈉溶液至有大量沉淀生成,靜置,向上層清夜中滴加碳酸鈉溶液,若無(wú)沉淀生成,過(guò)濾、用水洗滌固體2-3次,在50℃下干燥,得到MgCO3•3H2O.
[已知該溶液中pH=8.5時(shí)Mg(OH)2開(kāi)始沉淀;pH=5.0時(shí)Al(OH)3沉淀完全].

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

13.下列制質(zhì)中,酸性由強(qiáng)到弱錯(cuò)誤的是( 。
A.HClO4 H2SO4 H3PO4 H4SiO4B.H2SO4 H2SO3 HNO3 HNO2
C.HClO4 HClO3 HClO2 HClOD.HClO4 H2SO4 H2SO3 H2CO3

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

8.下列8種化學(xué)符號(hào):
1H2   2H2  14C   14N   23Na   7Li     24Mg     6Li
(1)表示核素的符號(hào)有6種.
(2)互為同位素的是6Li  和7Li
(3)質(zhì)量數(shù)相等,但不能互稱同位素的是14C和14N
(4)中子數(shù)相等,但質(zhì)子數(shù)不等的是23Na和24Mg.

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