Question

【題目】請回答氯堿工業的如下問題：

（1）氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k（質量比）生成的產品。理論上k＝_______（要求計算表達式和結果）；

（2）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等雜質，必須精制后才能供電解使用。精制時，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）氯堿工業是高耗能產業，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節（電）能30％以上。在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉化關系如下圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。

①圖中X、Y分別是_____、_______（填化學式），分析比較圖示中氫氧化鈉質量分數a％與b％的大小_________；

②分別寫出燃料電池B中正極、負極上發生的電極反應正極：______；負極：_____；

③這樣設計的主要節（電）能之處在于（寫出2處）____________、____________。

Answer 1

【答案】M(Cl2)/[2 M(NaOH)]=71/80=1:1.13或0.89 ③①② Cl2 H2 a%小于b% O2+4e-+2H2O＝4OH- H2－2e-+2OH-＝2H2O 燃料電池可以補充電解池消耗的電能，降低能耗 提高產出堿液的濃度

【解析】

（1）電解食鹽水的化學方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，理論k=M（Cl2）/[2M（NaOH）]=71/80=1:1.13=0.89。

（2）由于加入的除雜試劑過量，過量的除雜試劑會成為新雜質，所以過量的除雜試劑也必須除去，則Na2CO3放在BaCl2之后，Na2CO3不僅用于除去Ca2+，而且除去過量的Ba2＋；加入BaCl2和Na2CO3后，過濾除去難溶物，然后加入鹽酸除去過量的CO32-，3種試劑添加的合理順序是③①②。

（3）①燃料電池中通空氣(氧化劑)的一極應為正極，所以Y(通入負極，還原劑)必為H2；在A（電解池）中H2產生于電解池的陰極，則產生于電解池陽極的X必為Cl2；a% NaOH溶液進入燃料電池，燃料電池的正極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，水減少、OH－增多，Na+通過離子膜向正極移動，從燃料電池正極流出的NaOH溶液質量分數變大，即a%<b%。

②燃料電池B中正極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，負極電極反應式為2H2-4e-+4OH-=4H2O。

③這樣設計的主要節（電）能之處在于：燃料電池可以補充電解池消耗的電能，降低能耗；提高產出堿液的濃度。