Question

【題目】氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，其產(chǎn)品用途廣泛。

(1)寫出氯堿工業(yè)電解食鹽水的離子方程式____________。

(2)①圖1是氯堿工業(yè)中陽離子交換膜電解槽示意圖（“陽離子交換膜”特性是只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過）。

圖1中電極1應(yīng)連接電源的__極（填“正”或“負(fù)”極）；理論上講，從f口加入純水即可，但實(shí)際生產(chǎn)中，純水中要加入一定量的NaOH溶液，其原因是_____。

②圖2是根據(jù)氯堿工業(yè)中離子交換膜技術(shù)原理，設(shè)計(jì)的電解Na2SO4溶液生產(chǎn)NaOH和H2SO4溶液的裝置。其中a、b處均設(shè)有離子交換膜，則a處為__（填“陽”、“陰”）離子交換膜。陽極的電極反應(yīng)式是___。從D口流出的物質(zhì)為____。

(3)某同學(xué)采用如下裝置對(duì)氯堿工業(yè)中電解食鹽水的條件進(jìn)行探究，記錄如下：

裝置	編號(hào)	條件控制				測(cè)定結(jié)果
		電極材料		溶液濃度	溫度/℃	*電解電壓/V	氣體V陰：V陽
		陰極	陽極
	I	C	C	1 mol/L	25	8	>1:1
	II			飽和	25	5	≈1:1
	III			飽和	50	4	≈1:1
	IV	Fe	C	飽和	50	3.5	≈1:1

電解電壓:開始發(fā)生電解反應(yīng)時(shí)的電壓

①對(duì)比實(shí)驗(yàn)I和Ⅱ陰、陽極氣體體積比，推測(cè)實(shí)驗(yàn)I陽極可能有其它氣體生成，其它氣體的化學(xué)式為_____。

②資料顯示：“較低的電解電壓有利于節(jié)能降耗……”。結(jié)合上表中Ⅲ和Ⅳ的數(shù)據(jù)，解釋Ⅳ更有利于節(jié)能降耗的原因_______________。

(4)資料顯示“氯堿工業(yè)中采用金屬陽極材料，可以降低電解電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗”，該同學(xué)用50℃的飽和NaCl溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如下：

裝置	編號(hào)	電極材料		電解 電壓/V	現(xiàn)象
		陰極	陽極
	V	Fe	Fe	1.5	陰極：產(chǎn)生無色氣體 U形管底部：有白色沉淀生成
	VI	Fe	Cu	2	陰極：產(chǎn)生無色氣體 陽極：有白色膠狀沉淀生成且逐漸增多 U形管底部：靠近陰極區(qū)白色膠狀沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為淡黃色，最后變成磚紅色

實(shí)驗(yàn)V中，通過檢驗(yàn)陰、陽極附近溶液所含離子，推斷產(chǎn)生白色沉淀為Fe(OH)2 。該同學(xué)經(jīng)查閱資料分析認(rèn)為：“實(shí)驗(yàn)VI中白色沉淀是CuCl，淡黃色沉淀是CuOH。

i.陽極生成CuCl的電極反應(yīng)式為_________。

ii.用化學(xué)用語和必要文字解釋陰極區(qū)白色膠狀沉淀轉(zhuǎn)化為淡黃色的原因___________。

該同學(xué)通過以上探究認(rèn)為，氯堿工業(yè)中不能采用Fe、Cu作陽極材料。

(5)綜合以上探究，你對(duì)氯堿工業(yè)中電解食鹽水條件控制的建議有 _____（至少寫出兩條）。

Answer 1

【答案】2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH- 正 增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，又不影響NaOH純度 陰 4OH--4e-== 2H2O + O2↑ NaOH溶液 O2 IV中采用了Fe（金屬材料）作電極（陰極），Cu–e- + Cl- = CuCl 陰極區(qū)產(chǎn)生的OH-使CuCl沉淀轉(zhuǎn)化為更難溶液的CuOH沉淀 CuCl + OH- = CuOH + Cl- 采用飽和食鹽水；溶液保持較高溫度；應(yīng)用不參與反應(yīng)的金屬電極（答出兩點(diǎn)即可）

【解析】

(1)根據(jù)電解原理寫出電解食鹽水的離子方程式；
(2) ①電解池中，陰離子氯離子移向陽極，與陽極相連的是電源的正極，加入一定量的NaOH溶液可以增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，據(jù)此解答；

②惰性電極電解硫酸鈉溶液，相當(dāng)于電解水，陽極發(fā)生4OH--4e-=2H2O+O2↑，陰極發(fā)生2H++2e-=H2↑，以此分析；
（3）①實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅱ在其他條件相同時(shí)，所用食鹽水的濃度不同，實(shí)驗(yàn)I濃度小，可能是陽極先是Cl-失電子生成氯氣，待Cl-消耗完，氫氧根離子放電生成氧氣；

②通過Ⅲ和Ⅳ組的數(shù)據(jù)對(duì)比，Ⅳ采用金屬陰極材料，電解電壓較低，有利于節(jié)能降耗；

（4）i. 實(shí)驗(yàn)VI中，銅作陽極，電解質(zhì)溶液是氯化鈉溶液，銅失電子生成一價(jià)銅離子，一價(jià)銅離子和溶液中的氯離子結(jié)合生成難溶的氯化亞銅沉淀，以此寫出電極反應(yīng)式；

ii. 實(shí)驗(yàn)VI中，陰極區(qū)氫離子放電，產(chǎn)生OH-，使CuCl轉(zhuǎn)化為更難溶的CuOH；

（5）通過對(duì)比6組實(shí)驗(yàn)可知，在較高溫度下，采用飽和食鹽水，應(yīng)用不參與反應(yīng)的金屬電極有利于電解節(jié)能降耗。

(1) 根據(jù)電解原理寫出電解食鹽水的離子方程式為2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH-，
因此，本題正確答案是：2Cl- + 2H2O Cl2↑+ H2↑ + 2OH- ；

(2)①電解池中，陰離子氯離子移向陽極，與陽極相連的是電源的正極，所以電極1應(yīng)連接電源的正極，加入一定量的NaOH溶液可以增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，

因此，本題正確答案是：正；增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，又不影響NaOH純度；

②惰性電極電解硫酸鈉溶液，相當(dāng)于電解水，陽極發(fā)生4OH--4e-=2H2O+O2↑，B為氧氣，電解時(shí)氫氧根離子不斷向陽極移動(dòng)，所以a為陰離子交換膜；陰極發(fā)生2H++2e-=H2↑，C為氫氣，D口流出的物質(zhì)為NaOH溶液，

因此，本題正確答案是：陰；4OH--4e-== 2H2O + O2↑；NaOH溶液；

（3）①實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅱ在其他條件相同時(shí)，所用食鹽水的濃度不同，實(shí)驗(yàn)I濃度小，可能是陽極先是Cl-失電子生成氯氣，待Cl-消耗完，氫氧根離子放電生成氧氣，使陰陽兩極產(chǎn)生的氣體體積比>1:1，

②通過Ⅲ和Ⅳ組的數(shù)據(jù)對(duì)比，Ⅳ采用金屬陰極材料，電解電壓較低，有利于節(jié)能降耗，

因此，本題正確答案是：O2 ；IV中采用了Fe（金屬材料）作電極（陰極）；

(4) i. 實(shí)驗(yàn)VI中，銅作陽極，電解質(zhì)溶液是氯化鈉溶液，銅失電子生成一價(jià)銅離子，一價(jià)銅離子和溶液中的氯離子結(jié)合生成難溶的氯化亞銅沉淀，電極反應(yīng)式為Cu–e- + Cl- = CuCl；

因此，本題正確答案是：Cu–e- + Cl- = CuCl；

ii. 實(shí)驗(yàn)VI中，陰極區(qū)氫離子放電，產(chǎn)生OH-，使CuCl轉(zhuǎn)化為更難溶的CuOH，CuCl + OH- = CuOH + Cl- ；

因此，本題正確答案是：陰極區(qū)產(chǎn)生的OH-使CuCl沉淀轉(zhuǎn)化為更難溶液的CuOH沉淀 ，CuCl + OH- = CuOH + Cl- ；

(5)通過對(duì)比6組實(shí)驗(yàn)，在較高溫度下，采用飽和食鹽水，應(yīng)用不參與反應(yīng)的金屬電極有利于電解節(jié)能降耗。

因此，本題正確答案是：采用飽和食鹽水；溶液保持較高溫度；應(yīng)用不參與反應(yīng)的金屬電極（答出兩點(diǎn)即可）。