Question

【题目】氯碱工业是最基本的化学工业之一，其产品用途广泛。

(1)写出氯碱工业电解食盐水的离子方程式____________。

(2)①图1是氯碱工业中阳离子交换膜电解槽示意图（“阳离子交换膜”特性是只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过）。

图1中电极1应连接电源的__极（填“正”或“负”极）；理论上讲，从f口加入纯水即可，但实际生产中，纯水中要加入一定量的NaOH溶液，其原因是_____。

②图2是根据氯碱工业中离子交换膜技术原理，设计的电解Na2SO4溶液生产NaOH和H2SO4溶液的装置。其中a、b处均设有离子交换膜，则a处为__（填“阳”、“阴”）离子交换膜。阳极的电极反应式是___。从D口流出的物质为____。

(3)某同学采用如下装置对氯碱工业中电解食盐水的条件进行探究，记录如下：

装置	编号	条件控制				测定结果
		电极材料		溶液浓度	温度/℃	*电解电压/V	气体V阴：V阳
		阴极	阳极
	I	C	C	1 mol/L	25	8	>1:1
	II			饱和	25	5	≈1:1
	III			饱和	50	4	≈1:1
	IV	Fe	C	饱和	50	3.5	≈1:1

电解电压:开始发生电解反应时的电压

①对比实验I和Ⅱ阴、阳极气体体积比，推测实验I阳极可能有其它气体生成，其它气体的化学式为_____。

②资料显示：“较低的电解电压有利于节能降耗……”。结合上表中Ⅲ和Ⅳ的数据，解释Ⅳ更有利于节能降耗的原因_______________。

(4)资料显示“氯碱工业中采用金属阳极材料，可以降低电解电压，实现节能降耗”，该同学用50℃的饱和NaCl溶液进行实验验证，结果如下：

装置	编号	电极材料		电解 电压/V	现象
		阴极	阳极
	V	Fe	Fe	1.5	阴极：产生无色气体 U形管底部：有白色沉淀生成
	VI	Fe	Cu	2	阴极：产生无色气体 阳极：有白色胶状沉淀生成且逐渐增多 U形管底部：靠近阴极区白色胶状沉淀逐渐转化为淡黄色，最后变成砖红色

实验V中，通过检验阴、阳极附近溶液所含离子，推断产生白色沉淀为Fe(OH)2 。该同学经查阅资料分析认为：“实验VI中白色沉淀是CuCl，淡黄色沉淀是CuOH。

i.阳极生成CuCl的电极反应式为_________。

ii.用化学用语和必要文字解释阴极区白色胶状沉淀转化为淡黄色的原因___________。

该同学通过以上探究认为，氯碱工业中不能采用Fe、Cu作阳极材料。

(5)综合以上探究，你对氯碱工业中电解食盐水条件控制的建议有 _____（至少写出两条）。

Answer 1

【答案】2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH- 正 增强溶液的导电性，又不影响NaOH纯度 阴 4OH--4e-== 2H2O + O2↑ NaOH溶液 O2 IV中采用了Fe（金属材料）作电极（阴极），Cu–e- + Cl- = CuCl 阴极区产生的OH-使CuCl沉淀转化为更难溶液的CuOH沉淀 CuCl + OH- = CuOH + Cl- 采用饱和食盐水；溶液保持较高温度；应用不参与反应的金属电极（答出两点即可）

【解析】

(1)根据电解原理写出电解食盐水的离子方程式；
(2) ①电解池中，阴离子氯离子移向阳极，与阳极相连的是电源的正极，加入一定量的NaOH溶液可以增强溶液的导电性，据此解答；

②惰性电极电解硫酸钠溶液，相当于电解水，阳极发生4OH--4e-=2H2O+O2↑，阴极发生2H++2e-=H2↑，以此分析；
（3）①实验I和实验Ⅱ在其他条件相同时，所用食盐水的浓度不同，实验I浓度小，可能是阳极先是Cl-失电子生成氯气，待Cl-消耗完，氢氧根离子放电生成氧气；

②通过Ⅲ和Ⅳ组的数据对比，Ⅳ采用金属阴极材料，电解电压较低，有利于节能降耗；

（4）i. 实验VI中，铜作阳极，电解质溶液是氯化钠溶液，铜失电子生成一价铜离子，一价铜离子和溶液中的氯离子结合生成难溶的氯化亚铜沉淀，以此写出电极反应式；

ii. 实验VI中，阴极区氢离子放电，产生OH-，使CuCl转化为更难溶的CuOH；

（5）通过对比6组实验可知，在较高温度下，采用饱和食盐水，应用不参与反应的金属电极有利于电解节能降耗。

(1) 根据电解原理写出电解食盐水的离子方程式为2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH-，
因此，本题正确答案是：2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH- ；

(2)①电解池中，阴离子氯离子移向阳极，与阳极相连的是电源的正极，所以电极1应连接电源的正极，加入一定量的NaOH溶液可以增强溶液的导电性，

因此，本题正确答案是：正；增强溶液的导电性，又不影响NaOH纯度；

②惰性电极电解硫酸钠溶液，相当于电解水，阳极发生4OH--4e-=2H2O+O2↑，B为氧气，电解时氢氧根离子不断向阳极移动，所以a为阴离子交换膜；阴极发生2H++2e-=H2↑，C为氢气，D口流出的物质为NaOH溶液，

因此，本题正确答案是：阴；4OH--4e-== 2H2O + O2↑；NaOH溶液；

（3）①实验I和实验Ⅱ在其他条件相同时，所用食盐水的浓度不同，实验I浓度小，可能是阳极先是Cl-失电子生成氯气，待Cl-消耗完，氢氧根离子放电生成氧气，使阴阳两极产生的气体体积比>1:1，

②通过Ⅲ和Ⅳ组的数据对比，Ⅳ采用金属阴极材料，电解电压较低，有利于节能降耗，

因此，本题正确答案是：O2 ；IV中采用了Fe（金属材料）作电极（阴极）；

(4) i. 实验VI中，铜作阳极，电解质溶液是氯化钠溶液，铜失电子生成一价铜离子，一价铜离子和溶液中的氯离子结合生成难溶的氯化亚铜沉淀，电极反应式为Cu–e- + Cl- = CuCl；

因此，本题正确答案是：Cu–e- + Cl- = CuCl；

ii. 实验VI中，阴极区氢离子放电，产生OH-，使CuCl转化为更难溶的CuOH，CuCl + OH- = CuOH + Cl- ；

因此，本题正确答案是：阴极区产生的OH-使CuCl沉淀转化为更难溶液的CuOH沉淀 ，CuCl + OH- = CuOH + Cl- ；

(5)通过对比6组实验，在较高温度下，采用饱和食盐水，应用不参与反应的金属电极有利于电解节能降耗。

因此，本题正确答案是：采用饱和食盐水；溶液保持较高温度；应用不参与反应的金属电极（答出两点即可）。