Question

（2009?辽宁）[化学-选修化学与技术]
请回答氯碱的如下问题：
（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品．理论上k=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89

（要求计算表达式和结果）；
（2）原料粗盐中常含有泥沙和Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等杂质，必须精制后才能供电解使用．精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na₂CO₃、②HCl（盐酸）③BaCl₂，这3种试剂添加的合理顺序是

③①②

（填序号）
（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上．在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过．

①图中X、Y分别是

Cl₂

、

H₂

（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小

a%小于b%

；
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

，负极：

H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

；
③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）

燃料电池可以补充电解池消耗的电能

、

提高产出碱液的浓度

．

Answer 1

分析：（1）根据电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，即可得到k=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

，以此计算；
（2）抓住除钡离子要放在除碳酸根离子前即可得到顺序关系：③①②；
（3）本题突破口在于B燃料电池这边，通空气一边为正极（还原反应），那么左边必然通H₂，这样Y即为H₂；再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知唯一未知的X必然为Cl₂；A中的NaOH进入燃料电池正极再出来，依据O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-可知NaOH浓度增大．

解答：解：（1）电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，则理论上k=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89，
故答案为：

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89；
（2）应先加入过量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加过量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，过滤后加入盐酸可除去Na₂CO₃，故答案为：③①②；
（3）①通空气一边为正极（还原反应），那么左边必然通H₂，这样Y即为H₂，则电解池左边应为阳极，生成Cl₂，由于燃料电池正极发生O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH^-，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%小于b%，可知NaOH浓度增大，
故答案为：Cl₂；H₂；a%小于b%；
 ②燃料电池中正极氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，负极氢气失电子发生氧化反应，电极反应式为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③据装置特点及反应过程可知，这样设计的优点是燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗等，
故答案为：燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度．

点评：本题前半部分基本就是氯碱工艺的再现，但后半部把原电池、电解的相关知识巧妙地融合在一起，使试题表现出了较好的创意，学习中要把氯碱工业的流程及教材电解饱和食盐水实验涉及到的各个知识点要理顺、理细，如饱和食盐水的精制、电解时的现象、电极产物检验、物质计算、电极反应式及电解反应的化学方程式书写等知识要清晰才行，避免一带而过、简单处理．