Question

【化學(xué)—選修2：化學(xué)與技術(shù)】（15分）
請回答氯堿工業(yè)的如下問題：
（1）氯氣、燒堿是電解食鹽水時(shí)按照固定的比率k（質(zhì)量比）生成的產(chǎn)品。理論上k＝_______（要求計(jì)算表達(dá)式和結(jié)果）;
（2）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca^2＋、Mg^2＋、Fe^3＋、SO₄^2－等雜質(zhì)，必須精制后才能供電解使用。精制時(shí)，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為①Na₂CO₃、②HCl（鹽酸）③BaCl₂，這3種試劑添加的合理順序是______________（填序號）
（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)（電）能30％以上。在這種工藝設(shè)計(jì)中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，其中的電極未標(biāo)出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。             

①圖中X是__    ___（填化學(xué)式），分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)a％與b％的大小_________;
②分別寫出燃料電池B中正極、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)正極：______; 負(fù)極：_____;
③這樣設(shè)計(jì)的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出2處）____________、____________。

Answer 1

（15分）（1）k=M(Cl₂)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89（2分）
（2）③①②（2分）   （3）①Cl₂（1分） a％小于b％ （2分）
②O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^- （2分）  H₂－2e^-+2OH^-＝2H₂O （2分）
③燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能（2分））；提高產(chǎn)出堿液的濃度（2分；降低能耗（其他合理答案也給分）

（1）惰性電極電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂, ↑，根據(jù)方程式可知氯氣和氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比是1︰2，所以質(zhì)量之比是）k=M(Cl₂)/2 M(NaOH)=71/80=0.89。
（2）由于除去SO₄^2－時(shí)要加入過量的氯化鋇溶液，而過量的氯化鋇需要碳酸鈉除去，所以正確的操作順序是③①②。
（3）①由于在燃料電池中失去電子的是氫氣，所以Y是氫氣，則X就是氯氣。由于燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^－，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a％小于b％。
②負(fù)極是氫氣失去電子，正極氧氣得到電子，所以電極反應(yīng)式分別為H₂－2e^-+2OH^-＝2H₂O 、O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^- 。
③根據(jù)裝置特點(diǎn)及反應(yīng)過程可知，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是燃料電池可以補(bǔ)充電解池消耗的電能；提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗等。