Question

6．氯碱工业是基础化学工业，其产品广泛用于化工、冶金、造纸、纺织、石油等工业．
（1）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，所以在进入电解槽前需要进行精制，通常可以选用Na₂CO₃、NaOH、BaCl₂作为除杂质的试剂，则加入三种试剂的先后顺序为NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；加入Na₂CO₃后所发生反应的离子方程式为CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；若食盐水不经过精制就直接进入离子膜电解槽，可能出现的后果是粗盐水中含有钙离子、镁离子，在碱性环境下生成沉淀，堵塞损坏离子交换膜．
（2）如图是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极用碳钢网制成），则B处产生气体的化学式为H₂，C电极的名称是阳极，电解总反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）从阳极槽出来的淡盐水往往含有少量的溶解氯，需要加入8%-9%的亚硫酸氢钠溶液将其彻底除去，该反应的离子方程式为HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-；
（4）已知在电解槽中，每小时通过1A的直流电理论上可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342t/m³）113m³，电解槽的电流强度为1.45×10⁴A，则该电解槽的电解效率η（NaOH）=93.46%．[提示：η=（产品的实际产量/产品的理论产量）×100%]．

Answer 1

分析 （1）粗盐提纯时加试剂的原则是：碳酸钠一定加在氯化钡之后；
碳酸钠与钙离子、钡离子反应分别生成碳酸钙、碳酸钡沉淀；
粗盐水中含有钙离子、镁离子，而电解食盐水生成碱，镁离子、钙离子能够在碱性环境下生成沉淀，堵塞损坏离子交换膜，所以食盐水应进行精制才能进入离子膜电解槽；
（2）依据图装置分析，钠离子移向D极，说明D为阴极，C为阳极，D电极析出的是氢气；电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气；
（3）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠；
（4）依据转移电子数计算生成NaOH的质量，根据理论耗电量和实际耗电量计算．

解答 解：（1）粗盐提纯，应用氢氧化钠除去镁离子，氯化钡除去硫酸根离子，用碳酸钠除去过量的钡离子，所以碳酸根离子一定放在氯化钡之后，正确顺序为：
NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃；或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；
碳酸钠与钙离子、钡离子反应分别生成碳酸钙、碳酸钡沉淀，离子方程式：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；
粗盐水中含有钙离子、镁离子，而电解食盐水生成碱，镁离子、钙离子能够在碱性环境下生成沉淀，堵塞损坏离子交换膜，所以食盐水应进行精制才能进入离子膜电解槽；
故答案为：NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃或者BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓、CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓；粗盐水中含有钙离子、镁离子，在碱性环境下生成沉淀，堵塞损坏离子交换膜；
（2）依据图装置分析，钠离子移向D极，说明D为阴极，D电极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气；
依据图装置分析，钠离子移向D极，说明D为阴极，C为阳极；
电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，电解方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
故答案为：H₂；阳极；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（3）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，化学方程式为：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，离子方程式为：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-，
故答案为：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=SO₄^2-+3H⁺+2Cl^-；
（4）烧碱溶液总含氢氧化钠的实际质量为：1.342×10⁶×113×32%=48.53×10⁶kg；
理论上生成氢氧化钠的质量为：1.492×1.45×10⁴×300×8=51.92×10⁶kg；
该电解槽的电解效率η（NaOH）=$\frac{48.53×1{0}^{6}}{51.92×1{0}^{6}}$×100%=93.46%；
故答案为：93.46%．

点评 本题以氯碱工业为载体，考查了粗盐的提纯，电解饱和食盐水的原理，明确离子反应的实质以及电解池工作原理，准确判断电极及发生反应是解题关键，题目难度中等．