Question

17．氯碱工业是最基本的化学工业之一，离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法，其生产流程如图所示：
回答下列问题：
（1）该流程中可以循环的物质是氯化钠、氢氧化钠．
（2）电解法制碱的主要原料是食盐水，由于粗盐水中含有Ca²⁺、Mg²⁺等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生反应的离子方程式：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；若食盐水不经过二次精制就直接进入离子交换膜电解槽，会产生的后果是一次精制后的盐水中还含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜．
（3）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）．则从A处产生的物质是Cl₂．采用阳离子交换膜的优点是可以将阴极产物和阳极产物隔开，防止氢气和氯气反应，还可有效隔离氯离子向阴极区移动，得到更纯的氢氧化钠溶液．
（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亚硫酸溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl．
（5）已知在电解槽中，每小时通过1A的直流电，理论上可产生1.492g的烧碱．某厂用300个电解槽串联生产8h，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342t•m^-3）113m³，电解槽的电流强度为1.45×10⁴A，该电解槽的电流效率为93.45%．

Answer 1

分析 （1）根据工艺流程图结合电解工艺的原料以及产物知识来判断；
（2）除去钙离子使用碳酸钠试剂，除去镁离子使用氢氧化钠试剂，根据处理后的盐水中还含有少量杂质离子对装置的影响角度来回答；
（3）电解池中，阳离子移向阴极，根据电极反应确定产物，从产物接触会发生反应来分析阳离子交换膜的作用；
（4）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠；
（5）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）根据工艺流程图结中用到的原料以及产物，可以知道氯化钠、氢氧化钠是可以循环使用的，
故答案为：氯化钠、氢氧化钠；
（2）除去钙离子使用碳酸钠试剂，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓除去镁离子使用氢氧化钠试剂，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，处理后的盐水中还含有少量杂质离子Mg²⁺、Ca²⁺，碱性条件下会生成沉淀，对装置中的交换膜产生影响，
故答案为：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，一次精制后的盐水中还含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜；
（3）电解池中，阳离子钠离子移向阴极，与阴极相连的是电源的负极，所以B是电源的负极，A是正极，E是阳极，在阳极是氯离子失去电子发生氧化反应，产生氯气，电解饱和食盐水的原理方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，产物氢气和氯气接触会发生反应，可能爆炸，采用阳离子交换膜可以将阴极产物和阳极产物隔开，防止氢气和氯气反应，还可有效隔离氯离子向阴极区移动，得到更纯的氢氧化钠溶液，
故答案为：Cl₂；可以将阴极产物和阳极产物隔开，防止氢气和氯气反应，还可有效隔离氯离子向阴极区移动，得到更纯的氢氧化钠溶液；
（4）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，即Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，
故答案为：Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl；
（5）烧碱溶液质量为1.342×10³kg/m³×113m³=1.516×10⁵kg，
m（NaOH）=1.516×10⁵kg×32%=4.85×10⁴kg，
则理论上需要电流量为$\frac{4.85×1{0}^{7}g}{1.492g}$=3.252×10⁷A，
则实际上耗电量为1.45×10⁴A×8×300=3.48×10⁷A，
该电解槽的电解效率为$\frac{3.252×1{0}^{7}A}{3.48×1{0}^{7}A}$×100%=93.45%，
故答案为：93.45%．

点评 本题以氯碱工业为载体，考查学生生化学工艺流程题的解题方法知识，注意电解池的工作原理的灵活应用是关键，难度不大．