Question

1．氯堿工業(yè)生產(chǎn)主要流程如圖1所示：
（1）脫氯工序中的離子方程式為SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+Cl^-+2H⁺．
Ⅰ、食鹽水的精制
（2）一次精制：粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-，第一步加過量的BaCl₂除SO₄^2-，第二步加過量Na₂CO₃除Ca²⁺、Ba²⁺，第三步加過量NaOH除Fe³⁺和Mg²⁺，過濾后用鹽酸中和．
（3）二次精制：經(jīng)一次精制后的鹽水中仍含少量Ca²⁺、Mg²⁺，若不除去，電解過程中造成的危害是與電解生成的OH^-反應生成難溶氫氧化物，因此必須C被除去（填編號）．
A．分別加入Na₂CO₃和NaOH    B．加入適量鹽酸   C．送入陽離子交換塔
Ⅱ、離子交換膜法電解裝置（如圖2）：
（4）將進入電解槽的精制飽和食鹽水預熱至80～90℃，其目的是增大溶液的導電性（或離子遷移速度加快）、減小氯氣在溶液中的溶解；陽離子交換膜的作用有讓Na⁺通過使膜兩邊溶液呈電中性、防止氫氯混合發(fā)生爆炸、防止氯氣與NaOH反應生成NaClO和NaCl影響燒堿的質量．
（5）某工廠用電流強度為1.45×10⁴A的電解槽生產(chǎn)8小時，制得32.0%的燒堿溶液0.507t，則該廠電解的電流效率為93.7%（1mol e^-的電量取9.65×10⁴C）．

Answer 1

分析 （1）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉；
（2）根據(jù)粗鹽中含有的雜質離子，除去硫酸根離子用過量的鋇離子，除去過量的鋇離子和鈣離子使用碳酸鈉試劑，除去鎂離子和鐵離子使用氫氧化鈉試劑；
（3）根據(jù)處理后的鹽水中還含有少量雜質離子對裝置的影響角度來回答；粗鹽經(jīng)過加入碳酸鈉和氫氧化鈉精制后含有少量的鈣離子和鎂離子根據(jù)題意只能通過陽離子交換塔除去；
（4）溫度升高氣體的溶解性減小，離子遷移速度加快，增大溶液的導電性；由于電解時在陰極消耗水電離產(chǎn)生的氫離子氫氧根離子的濃度增大陽離子交換膜讓Na⁺通過使膜兩邊溶液呈電中性；生成的Cl₂與H₂相遇容易發(fā)生爆炸，且Cl₂與NaOH溶液反應會導致氫氧化鈉不純，電解飽和食鹽水使用陽離子交換膜阻止上述情況的發(fā)生．
（5）根據(jù)反應2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，當制得32.0%的燒堿溶液0.507t即生成NaOH的物質的量為4056mol時，反應中需要轉移的電子的物質的量為4056mol，在實際生產(chǎn)中消耗的電子的物質的量為3600 s/h×8 h×1.45×10⁴C/s÷96500 C/mol=4327.5mol，根據(jù)電流效率=$\frac{需要轉移的電子的物質的量}{實際生產(chǎn)中消耗的電子的物質的量}$×100%計算．

解答 解：（1）氯氣具有氧化性，能將亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，反應的離子方程式為SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+Cl^-+2H⁺，
故答案為：SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+Cl^-+2H⁺；
（2）根據(jù)粗鹽中含有的雜質離子，除去硫酸根離子用過量的鋇離子，除去過量的鋇離子和鈣離子使用碳酸鈉試劑，除去鎂離子和鐵離子使用氫氧化鈉試劑，
故答案為：Ca²⁺、Ba²⁺（多答Fe³⁺不扣分）、Mg²⁺；
（3）處理后的鹽水中還含有少量雜質離子Mg²⁺、Ca²⁺，與電解生成的OH^-反應生成難溶氫氧化物，堵塞陽膜孔隙，粗鹽經(jīng)過加入碳酸鈉和氫氧化鈉精制后含有少量的鈣離子和鎂離子根據(jù)題意只能通過陽離子交換塔除去，故選C，
故答案為：與電解生成的OH^-反應生成難溶氫氧化物；C； 
（4）溫度升高氣體的溶解性減小，離子遷移速度加快，增大溶液的導電性，由于電解時在陰極消耗水電離產(chǎn)生的氫離子氫氧根離子的濃度增大陽離子交換膜讓Na⁺通過使膜兩邊溶液呈電中性，生成的Cl₂與H₂相遇容易發(fā)生爆炸，且Cl₂與NaOH溶液反應會導致氫氧化鈉不純，電解飽和食鹽水使用陽離子交換膜可以阻止上述情況的發(fā)生，
故答案為：增大溶液的導電性（或離子遷移速度加快）、減小氯氣在溶液中的溶解；讓Na⁺通過使膜兩邊溶液呈電中性、防止氫氯混合發(fā)生爆炸、防止氯氣與NaOH反應生成NaClO和NaCl影響燒堿的質量；
（5）根據(jù)反應2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，當制得32.0%的燒堿溶液0.507t即生成NaOH的物質的量為4056mol時，反應中需要轉移的電子的物質的量為4056mol，在實際生產(chǎn)中消耗的電子的物質的量為3600 s/h×8 h×1.45×10⁴C/s÷96500 C/mol=4327.5mol，所以電流效率=$\frac{需要轉移的電子的物質的量}{實際生產(chǎn)中消耗的電子的物質的量}$×100%=$\frac{4056mol}{4327.5mol}$×100%=93.7%，
故答案為：93.7%．

點評 本題考查氯堿工業(yè)，側重考查學生電解原理、有關計算、氧化還原反應等知識點，明確各個電極上發(fā)生的反應，難點是離子方程式的書寫，題目難中等．