Question

3．工業(yè)上電解制堿的技術(shù)是用離子交換膜法，主要原料是飽和食鹽水．請回答下列問題：
（1）陽離子交換膜把電解槽隔成了陰極室和陽極室，電解食鹽水時，它只允許H⁺和Na⁺ （填離子符號）通過．
（2）為了去除粗鹽中混有的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，下列選項中所加試劑（均為溶液）及加入順序均合理的是B （填選項字母）
A．先加足量的BaCl₂，再加足量的Na₂CO₃，最后加入適量稀鹽酸
B．先加入足量的NaOH，再加入足量的BaCl₂，然后加入足量Na₂CO₃，最后加入適量稀鹽酸
C．先加足量的Na₂CO₃，再加足量的BaCl₂，然后加足量的NaOH，最后加入適量稀鹽酸
D．先加足量的Ba（NO₃）₂，再加足量NaOH，然后再加足量的Na₂CO₃，最后加入適量稀鹽酸
（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)電能30%以上．在這種工藝設(shè)計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中的電極未標(biāo)出，所用的離子交換膜都只允許陽離子通過．

①圖中X是氯氣 （填化學(xué)式），分析比較圖示中a、b、c從大到小的順序為c＞a＞b．
②寫出燃料電池中負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．
③這樣設(shè)計的主要節(jié)電能之處在于（任寫出一條）燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能、提高產(chǎn)出堿液的濃度．

Answer 1

分析 （1）陽離子交換膜只允許陽離子通過，而陰離子不能通過；
（2）除去粗鹽中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-及泥沙，鹽酸要放在最后，來除去過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，要先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子；
（3）①由于在燃料電池中氧氣在正極放電，可燃性氣體在負(fù)極放電，所以通入空氣的極是正極，則通入可燃性氣體Y的極是負(fù)極，根據(jù)在氯堿工業(yè)中，電解食鹽水除了生成NaOH還生成氯氣和氫氣，和空氣形成燃料電池的為氫氣，即Y是氫氣，則X是氯氣；
燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于c%，可知NaOH濃度增大；
②燃料電池中負(fù)極氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
③根據(jù)燃料電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能結(jié)合該方法來分析其優(yōu)點之處．

解答 解：（1）陽離子交換膜只允許陽離子H⁺和Na⁺通過，而陰離子氫氧根和氯離子均不能通過，故答案為：H⁺和Na⁺；
（2）要先除硫酸根離子，然后再除鈣離子，碳酸鈉可以除去過量的鋇離子，如果加反了，過量的鋇離子就沒法除去，至于加氫氧化鈉除去鎂離子順序不受限制，因為過量的氫氧化鈉加鹽酸就可以調(diào)節(jié)了，只要將三種離子除完了，過濾就行了，最后加鹽酸除去過量的氫氧根離子碳酸根離子，故選：B；
（3）①由于在燃料電池中氧氣在正極放電，可燃性氣體在負(fù)極放電，所以通入空氣的極是正極，則通入可燃性氣體Y的極是負(fù)極，根據(jù)在氯堿工業(yè)中，電解食鹽水除了生成NaOH還生成氯氣和氫氣，和空氣形成燃料電池的為氫氣，即Y是氫氣，則X是氯氣；
燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%大于b%，負(fù)極氫氣失電子生成氫離子消耗氫氧根離子，所以c%＞a%，得到c%＞a%＞b%，故答案為：c＞a＞b，
故答案為：氯氣；c＞a＞b；
②燃料電池中負(fù)極氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；
③據(jù)裝置特點及反應(yīng)過程可知，這樣設(shè)計的優(yōu)點是燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能；提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗等，
故答案為：燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能、提高產(chǎn)出堿液的濃度．

點評 本題考查了電解原理，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，明確離子交換膜的作用及陰陽極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．