Question

【题目】氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的化学工业。

I.电解所用的氯化钠溶液需精制，除去有影响的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-及泥沙，其精制流程如下：

已知:①Ca2+、Mg2+开始形成相应氢氧化物沉淀的pH如下表。

	Ca（OH）2	Mg（OH）2
pH	≥11.5	≥9.2

②Ksp（BaSO4）= 1.1×10-10，Ksp（BaCO3）=2.6×10-9，Ksp（CaCO3）=5.0×10-9。

（1）盐泥a除泥沙外，还含有____________________________________。

（2）过程I中，NaClO的作用是将NH4+转化为N2，反应的离子方程式为________________________。

（3）过程III中，沉淀c主要成分的化学式为________________________。

（4）过程IV调pH目的是____________。

II.如图是将电解池与燃料电池相组合电解精制饱和食盐水的新工艺，可以节（电）能30%以上。相关物料的传输与转化关系如图所示，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是____________（填化学式）。

（2）Y在装置B中发生的电极反应式为____________。

（3）写出A装罝中发生的总反应离子方程式____________，比较图示中氧氧化钠溶液质量分数a%与b%的大小:________________________。

（4）若用装置B作为装置A的辅助电源，每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2L时，则装置B可向装置A提供的电量约为____________（一个e-的电量为1.60×10-19C；计算结果精确到0.01）。

Answer 1

【答案】含有Mg(OH)2 3C1O-+2 NH4++2OH-=3Cl-+ N2↑+5H2O CaCO3 除去多余的CO32-和OH- Cl2 H2-2e-+2OH-=2H2O 2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- b%＞a% 1.93×105C

【解析】

Ⅰ除去有影响的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-及泥沙，过程Ⅰ加入NaClO和烧碱后调pH=11，可以除去泥沙和Mg2+，NaClO的作用是将NH4+转化为N2，可以除去NH4+，盐水a中含有Ca2+、SO42-。根据已知②可知，加入BaCO3后，由于BaSO3的Ksp小于BaSO4的Ksp，所以BaCO3会转化为BaSO4，从而除去SO42-，但Ca2+没有除去。盐泥b中有BaSO4，盐水b中有Ca2+和少量的CO32-。过程Ⅲ可以除去Ca2+，沉淀c是CaCO3，过程Ⅳ可以通过调pH（即加入盐酸）除去CO32-和OH-，得到精制盐水。

ⅡA装置是电解池，B装置是原电池。电解氯化钠溶液的生成物是氯气、氢气和氢氧化钠，所以X是氯气，Y是氢气，在装置B中做负极，失电子；氧气在正极通入得电子。

Ⅰ（1）根据表格可知，pH=11时，Mg(OH)2开始沉淀，Ca(OH)2没有沉淀，所以盐泥中还有Mg(OH)2。

（2）NaClO与NH4+反应生成N2，氮元素的化合价升高，次氯酸根中氯的化合价降低到-1，配平得到离子方程式为3C1O-+2 NH4++2OH-=3Cl-+ N2↑+5H2O。

（3）根据分析可知，沉淀c是CaCO3。

（4）根据分析可知，过程Ⅳ的作用是除去多余的CO32-和OH-。

Ⅱ（1）根据分析可知， X是Cl2。

（2）氢气在负极发生的电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O。

（3）A装罝中阳极是Cl-失去电子生成Cl2，阴极是水电离的H+得到电子生成H2，发生的总反应离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。从电解池产生的a%的NaOH进入原电池中，在原电池的正极上氧气得到电子：O2+4e-+2H2O=4OH-， OH-浓度增大，Na+又通过离子膜移动到正极室，所以正极室中NaOH溶液的浓度增大，因此b%＞a%。故答案为：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，b%＞a%。

（4）消耗标准状况下氧气的体积为11.2L（即0.5mol）时，转移电子2mol，则装置B可向装置A提供的电量约为2mol×6.02××1.60×10-19C= 1.93×105C。