Question

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：

（1）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉（或NaCl、NaOH）．
（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⁺、SO₄^2-等無(wú)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)生的離子方程式Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，若食鹽水不經(jīng)過(guò)二次精制就直接進(jìn)入離子膜電解槽會(huì)產(chǎn)生什么后果少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解堿性條件下會(huì)生成沉淀，損害離子交換膜．
（3）圖2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(yáng)極用金屬鈦網(wǎng)制成，陰極由碳鋼網(wǎng)制成）．則B處產(chǎn)生的氣體是H₂，E電極的名稱是陽(yáng)極．
（4）從陽(yáng)極槽出來(lái)的淡鹽水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亞硫酸鈉溶液將其徹底除去，該反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-．
（5）已知在電解槽中，每小時(shí)通過(guò)1安培的直流電可以產(chǎn)生1.492g的燒堿，某工廠用300個(gè)電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8小時(shí)，制得30%的燒堿溶液（密度為1.342噸/m³）113m³，電解槽的電流強(qiáng)度1.45×10⁴A，該電解槽的電解效率為87.6%．

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(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)書寫方程式；
（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，可以知道從陽(yáng)極槽出來(lái)的淡鹽水中含有氯化鈉可以循環(huán)使用，電解產(chǎn)生的氫氧化鈉可作為在進(jìn)入電解槽前需要進(jìn)行兩次精制的原料，也是可以循環(huán)使用的物質(zhì)，
故答案為：氯化鈉、氫氧化鈉（或NaCl、NaOH）；
（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↓，若食鹽水不經(jīng)過(guò)二次精制，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↓，少量Mg²⁺、Ca²⁺在電解堿性條件下會(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^-，
故答案為：H₂；陽(yáng)極；
（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，離子反應(yīng)為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-，
故答案為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-；
（5）燒堿溶液質(zhì)量為1.342×10³kg/m³×113m³=1.516×10⁵kg，m（NaOH）=1.516×10⁵kg×30%=4.548×10⁴kg，
則理論上需要電流量為$\frac{4.548×1{0}^{7}g}{1.492g}$=3.0483×10⁷A，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$\frac{3.0483×1{0}^{7}}{3.48×1{0}^{7}}$×100%≈87.6%，
故答案為：87.6%．

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，題目難度中等．