Question

4．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，其生产流程如图1所示：

回答下列问题：
（1）该流程中可以循环使用的物质是氯化钠、氢氧化钠
（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-等杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制．“一次精制”中生成沉淀的主要成分是CaCO₃、Mg（OH）₂（填化学式）；若食盐水不经过“二次精制”、直接进入“离子交换膜电解槽”，这样产生的后果是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．
（3）图2是“离子交换膜电解槽”示意图（阳极用惰性材料制成，阴极由碳钢网制成），B处产生的气体是H₂，D处加入的物质为氢氧化钠稀溶液．
（4）电解槽中阳离子交换膜的作用和目的是阻止阴离子和气体通过，防止氢气和氯气混合，防止氯气与氢氧化钠反应．“阳极液”中通常含有少量氯酸钠、次氯酸钠及溶解氯，在“脱氯”前需先加入高纯盐酸除去氯酸钠，该反应的离子方程式为ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O．
（5）已知在每个电解槽中，每小时通过1A的直电流，理论上可以产生1.492g烧碱．某工厂用300个电解槽串联生产8h，通过电解槽的电流强度为1.45×10⁴A，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342×10³kg•m^-3）113m³，则该电解生产过程中烧碱的产率为93.45%．

Answer 1

分析 （1）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；
（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，确定物质的种类；
（4）阳离子交换膜是为了阻止阴离子和气体通过，防止氢气和氯气混合，防止氯气与氢氧化钠反应；氯酸钠、次氯酸钠在酸性条件下发生归中反应生成氯气；
（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；
（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：CaCO₃、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；
（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：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故B处产生的气体是氢气，D处加入的物质是氢氧化钠稀溶液，故答案为：H₂；氢氧化钠稀溶液；
（4）阳离子交换膜是为了阻止阴离子和气体通过，防止氢气和氯气混合，防止氯气与氢氧化钠反应；氯酸钠、次氯酸钠在酸性条件下发生归中反应生成氯气，反应的离子方程式为ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，故答案为：阻止阴离子和气体通过，防止氢气和氯气混合，防止氯气与氢氧化钠反应；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（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，
则该电解生产过程中烧碱的产率=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，难度不大．