Question

5．氯堿廠電解飽和食鹽水溶液制取NaOH的工藝流程示意圖和陽離子交換膜電解槽裝置圖如下：請(qǐng)回答下列問題：
（1）粗鹽含有較多雜質(zhì)（含Mg²⁺、Ca²⁺），精制過程中加NaOH的作用是除去氯化鎂（鎂離子）
（2）電解過程中，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑
（3）脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻、過濾（填寫操作名稱）除去NaCl，該工業(yè)流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是NaCl
（4）已知某陽離子交換膜電解槽每小時(shí)加入10%的氫氧化鈉溶液10Kg，每小時(shí)能收集到標(biāo)況下的氫氣896L，而且兩邊的水不能自由流通．則理論上計(jì)算，電解一個(gè)小時(shí)后流出的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.7%．
（5）通過電解飽和食鹽獲得的氫氣和氯氣可用于生產(chǎn)高純硅，流程如下：
石英沙$→_{高溫}^{焦炭}$粗硅$→_{加熱}^{氯氣}$四氯化硅$→_{高溫}^{氫氣}$純硅
①石英沙的主要成分是SiO₂（填化學(xué)式）．在制備過程時(shí)，焦炭的作用是還原劑．
②粗硅與氯氣反應(yīng)后得到的液態(tài)四氯化硅中�；煊幸恍╇s質(zhì)，必須進(jìn)行分離提純．其提純方法為蒸餾
③由四氯化硅得到高純硅的化學(xué)方程式是SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl．

Answer 1

分析 （1）加入氫氧化鈉主要是除去鎂離子；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氫氣和氧氣，據(jù)此書寫方程式；
（3）根據(jù)氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大的特征進(jìn)行分析；根據(jù)循環(huán)圖尋找可以循環(huán)使用的物質(zhì)；
（4）根據(jù)氫氣的體積計(jì)算生成的氫氧化鈉的質(zhì)量、溶液減少的氫氣的質(zhì)量、溶液增加的質(zhì)量（鈉的質(zhì)量），再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算即可；
（5）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，C元素的化合價(jià)升高；
②粗硅與氯氣反應(yīng)后得到沸點(diǎn)較低的液態(tài)四氯化硅，其中�；煊幸恍└叻悬c(diǎn)、難揮發(fā)性雜質(zhì)，利用沸點(diǎn)差異分離；
③四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應(yīng)得到高純硅和氯化氫氣體，以此書寫化學(xué)反應(yīng)．

解答 解：（1）加入氫氧化鈉主要是與鎂離子反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀從而除去鎂離子，所以精制過程中加NaOH的作用是除去氯化鎂（鎂離子），故答案為：除去氯化鎂（鎂離子）；
（2）電解氯化鈉溶液的生成物是氫氧化鈉、氯氣和氫氣，即：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（3）因?yàn)槁然�鈉的溶解度隨溫度變化不大，所以可以采用蒸發(fā)溶劑結(jié)晶的方法，除去氫氧化鈉中的氯化鈉；根據(jù)循環(huán)圖，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是氯化鈉，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；過濾；NaCl；
（4）氫氣的物質(zhì)的量=$\frac{896L}{22.4L/mol}$=40mol；電解水時(shí)，生成氫氣與氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比為1：2，所以生成氫氧化鈉的質(zhì)量=2×40mol×40g/mol=3200g，溶液增加的質(zhì)量為增加的鈉元素的質(zhì)量減去生成氫氣的質(zhì)量=2×40mol×23g/mol-80g=1760g；溶液中溶質(zhì)氫氧化鈉的質(zhì)量為10000g×10%+3200g=4200g，溶液的質(zhì)量為10000g+1760g=11760g，電解后流出的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{4200g}{11760g}$=35.7%，
故答案為：35.7%；
（5）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，C元素的化合價(jià)升高，則焦炭作還原劑，故答案為：SiO₂；還原劑；
②粗硅與氯氣反應(yīng)后得到沸點(diǎn)較低的液態(tài)四氯化硅，其中常混有一些高沸點(diǎn)、難揮發(fā)性雜質(zhì)，因沸點(diǎn)不同，則分離提純法選蒸餾法，故答案為：蒸餾；
③四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應(yīng)得到高純硅和氯化氫氣體，該反應(yīng)為SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl，故答案為：SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合性試題，涉及知識(shí)點(diǎn)比較多，要求學(xué)生有完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和分析問題的能力，題目難度不大．