Question

13．氯碱工业的生产流程图如图1：

（1）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，粗盐水（含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等无机杂质）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就直接进入离子交换膜电解槽会产生什么后果：用试剂处理后的盐水中还含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜．
（2）该流程中可以循环的物质是氯化钠、氢氧化钠．
（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）．
A处产生的气体是Cl₂，F电极的名称是阴极，电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（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1A的直流电可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产10小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342t/m³）140m³，电解槽的电流强度1.450×10⁴A，该电解槽的电解效率为92.63%．（保留四位有效数字）

Answer 1

分析 （1）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；
（2）根据工艺流程图结合电解工艺的原料以及产物知识来判断；
（3）电解池中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，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）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↓，用试剂处理后的盐水中还含有少量Mg²⁺、Ca²⁺，碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜；
（2）根据工艺流程图结中用到的原料以及产物，可以知道氯化钠、氢氧化钠是可以循环使用的，
故答案为：氯化钠、氢氧化钠；
（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，在阳极上产生的是氯气，F是阴极，在阴极上产生的是氢气，电解饱和食盐水的原理方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案为：Cl₂；阴极；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（4）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，Na₂SO₃+Cl₂+H₂O=Na₂SO₄+2HCl，离子反应为：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/m³×140m³=1.8788×10⁵kg，m（NaOH）=1.8788×10⁵kg×32%=6.01216×10⁴kg，则理论上需要电流量为$\frac{6.01216×1{0}^{7}g}{1.492g}$≈4.02959×10⁷A，则实际上耗电量为1.45×10⁴A×10×300=4.35×10⁷A，该电解槽的电解效率为$\frac{4.02959×1{0}^{7}}{4.35×1{0}^{7}}$×100%≈92.63%，
故答案为：92.63%．

点评 本题以氯碱工业为载体，考查学生生化学工艺流程题的解题方法知识，注意电解池的工作原理的灵活应用是关键，题目难度中等．