Question

【題目】氯堿工業(yè)是以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)的化學(xué)工業(yè)。

I.電解所用的氯化鈉溶液需精制，除去有影響的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-及泥沙，其精制流程如下：

已知:①Ca2+、Mg2+開(kāi)始形成相應(yīng)氫氧化物沉淀的pH如下表。

	Ca（OH）2	Mg（OH）2
pH	≥11.5	≥9.2

②Ksp（BaSO4）= 1.1×10-10，Ksp（BaCO3）=2.6×10-9，Ksp（CaCO3）=5.0×10-9。

（1）鹽泥a除泥沙外，還含有____________________________________。

（2）過(guò)程I中，NaClO的作用是將NH4+轉(zhuǎn)化為N2，反應(yīng)的離子方程式為________________________。

（3）過(guò)程III中，沉淀c主要成分的化學(xué)式為________________________。

（4）過(guò)程IV調(diào)pH目的是____________。

II.如圖是將電解池與燃料電池相組合電解精制飽和食鹽水的新工藝，可以節(jié)（電）能30%以上。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，所用的離子膜都只允許陽(yáng)離子通過(guò)。

（1）圖中X是____________（填化學(xué)式）。

（2）Y在裝置B中發(fā)生的電極反應(yīng)式為____________。

（3）寫(xiě)出A裝罝中發(fā)生的總反應(yīng)離子方程式____________，比較圖示中氧氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%與b%的大小:________________________。

（4）若用裝置B作為裝置A的輔助電源，每當(dāng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為11.2L時(shí)，則裝置B可向裝置A提供的電量約為____________（一個(gè)e-的電量為1.60×10-19C；計(jì)算結(jié)果精確到0.01）。

Answer 1

【答案】含有Mg(OH)2 3C1O-+2 NH4++2OH-=3Cl-+ N2↑+5H2O CaCO3 除去多余的CO32-和OH- Cl2 H2-2e-+2OH-=2H2O 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- b%＞a% 1.93×105C

【解析】

Ⅰ除去有影響的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-及泥沙，過(guò)程Ⅰ加入NaClO和燒堿后調(diào)pH=11，可以除去泥沙和Mg2+，NaClO的作用是將NH4+轉(zhuǎn)化為N2，可以除去NH4+，鹽水a中含有Ca2+、SO42-。根據(jù)已知②可知，加入BaCO3后，由于BaSO3的Ksp小于BaSO4的Ksp，所以BaCO3會(huì)轉(zhuǎn)化為BaSO4，從而除去SO42-，但Ca2+沒(méi)有除去。鹽泥b中有BaSO4，鹽水b中有Ca2+和少量的CO32-。過(guò)程Ⅲ可以除去Ca2+，沉淀c是CaCO3，過(guò)程Ⅳ可以通過(guò)調(diào)pH（即加入鹽酸）除去CO32-和OH-，得到精制鹽水。

ⅡA裝置是電解池，B裝置是原電池。電解氯化鈉溶液的生成物是氯氣、氫氣和氫氧化鈉，所以X是氯氣，Y是氫氣，在裝置B中做負(fù)極，失電子；氧氣在正極通入得電子。

Ⅰ（1）根據(jù)表格可知，pH=11時(shí)，Mg(OH)2開(kāi)始沉淀，Ca(OH)2沒(méi)有沉淀，所以鹽泥中還有Mg(OH)2。

（2）NaClO與NH4+反應(yīng)生成N2，氮元素的化合價(jià)升高，次氯酸根中氯的化合價(jià)降低到-1，配平得到離子方程式為3C1O-+2 NH4++2OH-=3Cl-+ N2↑+5H2O。

（3）根據(jù)分析可知，沉淀c是CaCO3。

（4）根據(jù)分析可知，過(guò)程Ⅳ的作用是除去多余的CO32-和OH-。

Ⅱ（1）根據(jù)分析可知， X是Cl2。

（2）氫氣在負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH-=2H2O。

（3）A裝罝中陽(yáng)極是Cl-失去電子生成Cl2，陰極是水電離的H+得到電子生成H2，發(fā)生的總反應(yīng)離子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。從電解池產(chǎn)生的a%的NaOH進(jìn)入原電池中，在原電池的正極上氧氣得到電子：O2+4e-+2H2O=4OH-， OH-濃度增大，Na+又通過(guò)離子膜移動(dòng)到正極室，所以正極室中NaOH溶液的濃度增大，因此b%＞a%。故答案為：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，b%＞a%。

（4）消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為11.2L（即0.5mol）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子2mol，則裝置B可向裝置A提供的電量約為2mol×6.02××1.60×10-19C= 1.93×105C。