Question

17．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)流程如圖所示：
回答下列問題：
（1）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉．
（2）電解法制堿的主要原料是食鹽水，由于粗鹽水中含有Ca²⁺、Mg²⁺等無機(jī)雜質(zhì)，所以在進(jìn)入電解槽前需要進(jìn)行兩次精制，寫出一次精制中發(fā)生反應(yīng)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(huì)產(chǎn)生的后果是一次精制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）如圖是工業(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，陰極用碳鋼網(wǎng)制成）．則從A處產(chǎn)生的物質(zhì)是Cl₂．采用陽離子交換膜的優(yōu)點(diǎn)是可以將陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物隔開，防止氫氣和氯氣反應(yīng)，還可有效隔離氯離子向陰極區(qū)移動(dòng)，得到更純的氫氧化鈉溶液．
（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%的亞硫酸溶液將其徹底除去，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl．
（5）已知在電解槽中，每小時(shí)通過1A的直流電，理論上可產(chǎn)生1.492g的燒堿．某廠用300個(gè)電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8h，制得32%的燒堿溶液（密度為1.342t•m^-3）113m³，電解槽的電流強(qiáng)度為1.45×10⁴A，該電解槽的電流效率為93.45%．

Answer 1

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)裝置的影響角度來回答；
（3）電解池中，陽離子移向陰極，根據(jù)電極反應(yīng)確定產(chǎn)物，從產(chǎn)物接觸會(huì)發(fā)生反應(yīng)來分析陽離子交換膜的作用；
（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）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⁺+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(huì)生成沉淀，對(duì)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↓，一次精制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，陽離子鈉離子移向陰極，與陰極相連的是電源的負(fù)極，所以B是電源的負(fù)極，A是正極，E是陽極，在陽極是氯離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣，電解飽和食鹽水的原理方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，產(chǎn)物氫氣和氯氣接觸會(huì)發(fā)生反應(yīng)，可能爆炸，采用陽離子交換膜可以將陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物隔開，防止氫氣和氯氣反應(yīng)，還可有效隔離氯離子向陰極區(qū)移動(dòng)，得到更純的氫氧化鈉溶液，
故答案為：Cl₂；可以將陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物隔開，防止氫氣和氯氣反應(yīng)，還可有效隔離氯離子向陰極區(qū)移動(dòng)，得到更純的氫氧化鈉溶液；
（4）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，即Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，
故答案為：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl；
（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，
該電解槽的電解效率為$\frac{3.252×1{0}^{7}A}{3.48×1{0}^{7}A}$×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．