Question

15．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，其生产流程如下
图1 所示：

（1）该流程中可以循环的物质是氯化钠、氢氧化钠（或NaCl、NaOH）．
（2）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，仍会有少量的Ca²⁺、Mg²⁺直接进入离子膜电解槽，这样产生什么后果是少量Mg²⁺、Ca²⁺在电解碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜．
（3）图2 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，阴极由碳钢网制成）．则B 处产生的气体是氢气，E 电极的名称是阳极．电解总反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH．
（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%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的离子方程式为SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-．
（5）已知在电解槽中，每小时通过1 安培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30%的烧碱溶液（密度为1.342 吨/m³）113m³，电解槽的电流强度1.45×10⁴A，该电解槽的电解效率为93.45%．

Answer 1

分析 （1）根据图1知，食盐水一次精制时需要烧碱和纯碱，阴极时得到NaOH；用食盐水精制后然后电解得到氯气、氢气和烧碱，阳极液通过脱氧得到食盐水，据此判断循环利用的物质；
（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，根据电解池的工作原理来书写方程式；
（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）根据图1知，食盐水一次精制时需要烧碱和纯碱，阴极时得到NaOH；用食盐水精制后然后电解得到氯气、氢气和烧碱，阳极液通过脱氧得到食盐水，据此判断循环利用的物质是氯化钠、氢氧化钠，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↓；少量Mg²⁺、Ca²⁺在电解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，所以B是电源的负极，A是正极，E是阳极，在阴极上产生的是氢气，电解饱和食盐水的原理方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，故答案为：H₂；阳极；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
（4）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，即SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-，故答案为：SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-；
（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$\frac{3.252}{3.48}$×100%=93.45%，
故答案为：93.45%．

点评 本题考查氯碱工业，侧重考查学生电解原理、有关计算、氧化还原反应等知识点，明确各个电极上发生的反应，难点是离子方程式的书写，题目难度不大．