Question

工业上电解制碱的技术是用离子交换膜法，主要原料是饱和食盐水．
请回答下列问题：
电解槽中部的阳离子交换膜把电解槽隔成了阴极室和阳极室，它只允许______（填离子符号，下同）通过，而不允许______和气体通过．电解法制碱的主要原料饱和食盐水是由粗盐制得，其中含有泥沙及Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等杂质，因此必须精制．精制时所用试剂为①NaOH ②Na₂CO₃ ③BaCl₂④盐酸，这四种试剂的添加顺序为______ （填序号）．
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______、______（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______；
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：______； 负极：______；
③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）______、______．

Answer 1

【答案】分析：（1）阳离子交换膜只允许阳离子通过，不允许阴离子通过；
（2）根据粗盐提纯时盐酸要放在最后，来除去过量的氢氧化钠和碳酸钠，要先加过量的氯化钡除去硫酸根离子，然后用碳酸钠去除过量的钡离子；
（3）①根据阳离子交换膜的作用和燃料电池的工作原理来回答；
②根据燃料电池的工作原理来回答；
③根据燃料电池能将化学能转化为电能结合该方法来分析其优点之处．
解答：解：（1）阳离子交换膜只允许阳离子Na⁺ 通过，不允许阴离子Cl^-、OH^-通过，故答案为：Na⁺；Cl^-、OH^-；
（2）先加过量的氯化钡除去硫酸根离子，然后用碳酸钠去除过量的钡离子，如果加反了，过量的钡离子就没法除去，至于加氢氧化钠除去镁离子顺序不受限制，因为过量的氢氧化钠加盐酸就可以调节了，只要将三种离子除完了，过滤，最后加盐酸除去过量的氢氧根离子、碳酸根离子，故答案为：③②①④或①③②④；
（3）①在燃料电池中，氧气作正极，所以通入空气的极是正极，通入燃料的极是负极，即产生Y的极是阴极，所产生的是氢气，在X处产生的是氯气，氢氧燃料电池最后产生的是水，所以a%小于b%，故答案为：Cl₂；H₂；a%小于b%；
②燃料电池的工作原理：负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应，即O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，正极是氧气发生得电子得还原反应，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③燃料电池能将化学能转化为电能，所以燃料电池可以补充电解池消耗的电能，此外还可以提高产出碱液的浓度，降低能耗，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（降低能耗）．
点评：本题考查学生氯碱工业的有关知识，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．