Question

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图所示，其中甲、乙、丙、丁均为石墨电极．

（1）为了去除粗盐中混油的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-．下列选项中所加试剂（均为溶液）及加入顺序均合理的是        （填选项字母）  
A．先加足量的Ba（OH）₂，再加足量的Na₂CO₃，最后加入适量稀盐酸
B．先加入足量的NaOH．再加入足量的Na₂CO₃，然后加入BaCL₂，最后加入适量稀盐酸．
C．先加足量的Na₂CO₃，再加足量的BaCl₂，然后加足量的NaOH，最后加入适量稀盐酸．
D．先加足量的Ba（NO₃）₂，再加足量NaOH，然后再加足量的Na₂CO₃，最后加入适量稀盐酸．
（2）丙电极为

 

极，该电极的电极反应方程式

 

．
（3）乙电极附近溶液的pH

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）若装置中通过0.5 mol e^-时，理论上生成标准状况下X的体积为

 

．
（5）图中NaOH溶液的质量分数a%、b%、c%，由大到小的顺序为

 

．
（6）这样设计的主要节能之处在于（任写一条）

 

．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-及泥沙，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；
（2）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应；
（3）电解池的阴极上是氢离子得电子的还原反应；
（4）根据电极反应式结合电子转移来计算；
（5）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；
（6）燃料电池和电解池相组合的新工艺能量转化可以相互补充．

解答： 解：（1）要先除硫酸根离子，然后再除钙离子，碳酸钠可以除去过量的钡离子，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，过滤就行了，最后加盐酸除去过量的氢氧根离子碳酸根离子，故选：A；
（2）该装置的左边是电解池，右边是燃料电池，通入空气的电极是正极，所以丙是负极，是燃料氢气发生失电子的氧化反应，碱溶液中生成水，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案为：负；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）丙是燃料电池的负极，所以乙电极是电解池的阴极，该极上氢离子得电子，所以碱性增强，pH增大，故答案为：增大；
（4）甲电极是阳极，该极上产生氯气，根据电极反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，若装置中通过0.5 mole^-时，理论上生成标准状况下氯气的物质的量是0.25mol，X的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L，故答案为：5.6L；
（5）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%大于c%，负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子，所以b%＞a%，得到b%＞a%＞c%，故答案为：b%＞a%＞c%；
（6）燃料电池化学能转化为电能，为电解池提供电源，并且氢氧化钠的产出浓度会提高，所以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），
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：本题考查原电池与电解池，明确电极的判断及发生的电极反应为解答的关键，注意利用电子守恒进行计算，注重基础知识的考查，题目难度不大