Question

11．離子交換膜法為日前普遍使用的制堿技術(shù)，其生產(chǎn)流程如圖l所示：

（l）氯堿工業(yè)中需用精制的食鹽水，精制食鹽水的目的是防止隔膜堵塞，提高產(chǎn)品的純度．由于粗鹽水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等無機(jī)雜質(zhì)，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↓
（2）該流程中可以循環(huán)的物質(zhì)是氯化鈉、氫氧化鈉．（寫物質(zhì)名稱）
（3）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%的亞硫酸鈉溶液將其徹底除去，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl．
（4）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，c電極的名稱是陽極．采用無隔膜電解食鹽水時(shí)，Cl₂與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H₂，相應(yīng)的化學(xué)方程式為NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．
（5）已知在電解槽中，每小時(shí)通過I安培的直流電可以產(chǎn)生a克的燒堿．某工廠用300個(gè)電解槽串聯(lián)生產(chǎn)8小時(shí)，制得32%的燒堿溶液b噸，電解槽的電流強(qiáng)度c安，該電解槽的電解效率為$\frac{400b}{3ac}$×100%（用含a、b、c的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）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；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；
（2）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；
（3）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉；
（4）依據(jù)圖裝置分析，鈉離子移向D極，說明D為陰極，C為陽極，D電極析出的是氫氣；若氯氣和氫氧化鈉充分接觸，產(chǎn)物僅是次氯酸鈉和氫氣；
（5）根據(jù)生成NaOH的質(zhì)量計(jì)算理論耗電量，結(jié)合實(shí)際耗電量計(jì)算．

解答 解：（1）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，所以精制食鹽水的目的是防止隔膜堵塞，提高產(chǎn)品的純度，
故答案為：防止隔膜堵塞，提高產(chǎn)品的純度；Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（2）根據(jù)工藝流程圖結(jié)中用到的原料以及產(chǎn)物，可以知道從陽極槽出來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；
（3）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；
（4）依據(jù)圖裝置分析，鈉離子移向D極，說明D為陰極，C為陽極；D電極氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣；采用無隔膜電解冷的食鹽水時(shí)，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+NaOH、若氯氣和氫氧化鈉充分接觸，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，產(chǎn)物僅是次氯酸鈉和氫氣，則發(fā)生的總反應(yīng)為：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，
故答案為：H₂；陽極；NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（5）m（NaOH）=b×10⁶g×32%=3.2b×10⁴g，
則理論上需要電流量為 I=$\frac{3.2b×1{0}^{4}}{a}$A，
則實(shí)際上耗電量為300×8×C=2400CA，
該電解槽的電解效率為$\frac{3.2b×1{0}^{4}}{\frac{a}{2400C}}$×100%=$\frac{400b}{3ac}$×100%，
故答案為：$\frac{400b}{3ac}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查海水資源的利用，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握電解的原理，結(jié)合反應(yīng)的相關(guān)方程式計(jì)算，難度中等．