Question

【化學_選修2化學與技術】
氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下：

（1）在電解過程中，陽極的電極反應式為

 

與電源負極相連的電極附近．溶液pH 值

 

（選填“不變“、“升髙“或“下降“）
（2）銪制飽和食鹽水時，為有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO

2- 4

，加入除雜試劑的合理順序為

 

（選填a，b，c多選扣分），沉淀過濾后再加入HCl．
a．先加 NaOH，后加 Na₂CO，再加 BaCl₂    b．先加 NaOH，后加 BaCl₂，再加 Na₂CO₃，
c．先加BaCl₂，后加NaOH，再加Na₂CO，d．先加Na₂CO₃，后加BaCl₂，再加NaOH
寫出沉淀過濾后，加入HCl時發生反應的離子方程式

 

．
（3）在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區和陰極區，防止Cl₂與NaOH反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl₂與NaOH充分接觸，產物僅含一種溶質，相應的化學方程式為

 

（4）如圖是根據氯堿工業中離子交換膜技術原理設計的電解Na₂SO₄生產NaOH和H₂SO₄溶液的裝置．從F口可不斷充入Na₂SO₄．

請分析：①a為

 

（填“陽“或“陰“）離子交換膜；
②從D 口流出的溶液為

 

．（填溶質化學式）

Answer 1

分析：（1）陽極是氯離子放電生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近生成氫氧化鈉；
（2）有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，應注意碳酸鈉在鋇試劑之后；
（3）Cl₂與NaOH充分接觸，產物僅含一種溶質，電解產物就變為了NaClO和H₂；沉淀過濾后，加入HCl時發生氫離子和碳酸根離子反應、氫離子和氫氧根離子反應，據此書寫離子方程式；
（4）離子交換膜法以石墨為電極電解飽和硫酸鈉溶液，陽極發生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，由圖可知，左側為陽極，右側為陰極，從F口可不斷充入Na₂SO₄，B為氧氣；A為H₂SO₄溶液，C為氫氣，D口流出的溶液為NaOH．

解答：解：（1）電解飽和食鹽水的反應：2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，與正極相連為陽極，生成氯氣，該電極反應為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，與電源負極相連為陰極，生成氫氣和NaOH，生成堿，所以pH升高，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；升高；
（2）有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，可以加入過量NaOH（去除鎂離子和鐵離子）：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Fe³⁺+3OH^-═Fe（OH）₃↓；加入過量BaCl₂（去除硫酸根離子）：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；加入過量Na₂CO₃（去除鈣離子的多余的鋇離子）：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃，應注意碳酸鈉必須加在氯化鋇之后，氫氧化鈉和氯化鋇可以顛倒加入的順序，顯然只有選項bc符合，沉淀過濾后，加入HCl時發生反應的離子方程式2H⁺+CO₃²⁺═H₂O+CO₂↑；H⁺+OH^-═H₂O，
故答案為：bc；2H⁺+CO₃²⁺═H₂O+CO₂↑、H⁺+OH^-═H₂O；
（3）電解氯化鈉溶液生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉溶液，氯氣和氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水；反應的化學方程式為：2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、Cl₂與NaOH充分接觸，產物僅含一種溶質，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，所以總反應為：NaCl+H₂O

通電  .

H₂↑+NaClO，
故答案為：NaCl+H₂O

通電  .

H₂↑+NaClO；
（4）惰性電極電解飽和硫酸鈉溶液，從F口可不斷充入Na₂SO₄，陽極發生4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，B為氧氣；A為H₂SO₄溶液，所以a為陰離子交換膜，陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，C為氫氣，所以從D口流出的溶液為NaOH，
故答案為：陰；NaOH．

點評：本題考查粗鹽提純及電解原理，明確發生的離子反應及電解反應電極判斷是解答的關鍵，注意除雜不能引入新的雜質及試劑的添加順序，題目難度中等．