Question

（12分）工業上電解飽和食鹽能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅。
（1）下圖是離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖，電解槽陽極產生的氣體是    ；NaOH溶液的出口為      （填字母）；精制飽和食鹽水的進口為      （填字母）；干燥塔中應使用的液體是     。

（2）多晶硅主要采用SiHCl₃還原工藝生產，其副產物SiCl₄的綜合利用受到廣泛關注。
① SiCl₄可制氣相白炭黑（與光導纖維主要原料相同），方法為高溫下SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，化學方程式為                       。
② SiCl₄可轉化為SiHCl₃而循環使用。一定條件下，在20L恒容密閉容器中的反應：
3 SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）4SiHCl₃（g）
達平衡后，H₂與SiHCl₃物質的量濃度分別為0.140mol/L和0.020mol/L，若H₂全部來源于離子交換膜法的電解產物，理論上需消耗純NaCl的質量為   ______kg。
（3）采用無膜電解槽電解飽和食鹽水，可制取氯酸鈉，同時生成氫氣，現制得氯酸鈉213.0kg，則生成氫氣     （標準狀況）。

Answer 1

（1）陽極產生的氣體是氯氣；NaOH溶液的出口為a（填字母）；精制飽和食鹽水的進口為d（填字母）；干燥塔中應使用的液體是濃硫酸。
（2）①化學方程式為SiCl₄+2H₂+O₂SiO₂+4HCl。
②理論上需消耗純NaCl的質量為0.35kg。
（3）生成氫氣134.4（標準狀況）。

分析：（1）電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，陽極發生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、2NaOH在陰極，NaOH溶液的出口為a，Cl₂在陽極，精制飽和食鹽水從陽極進入，要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑或中性干燥劑．
（2）①SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，光導纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產物中，H、Cl元素結合成HCl，然后配平即可；
②利用三段分析法，根據平衡時H₂與SiHCl₃物質的量濃度，求出的起始物質的量，再根據2NaCl+2H₂OCl₂↑+H₂↑+2NaOH，求出理論上消耗純NaCl的質量；
（3）根據得失電子守恒，NaCl轉化為NaClO₃所失去的電子等于H₂O轉化為H₂所得到的電子，由氯酸鈉的質量求出氯酸鈉的物質的量，進而求出NaCl轉化為NaClO₃所失去的電子的物質的量，最后求出生成氫氣在標準狀況下的體積．
解答：解：（1）電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，
陽極：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；
總反應為：2NaCl+2H₂OCl₂↑+H₂↑+2NaOH，
陰極：氫離子放電，產生氫氣．致使氫氧根離子濃度增大，鈉離子和氫氧根離子的增大都發生在陰極室，所以a出口導出的液體是氫氧化鈉溶液；
陽極：氯離子放電，產生氯氣，致使鈉離子濃度升高，通過陽離子交換膜到達陰極室．所以d入口應加入精制飽和食鹽水；
要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑濃硫酸或P₂O₅等，中性干燥劑無水CaCl₂．
（2）①SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，光導纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產物中，H、Cl元素結合成HCl，然后配平即可．
發生的化學方程式為：SiCl₄+2H₂+O₂SiO₂+4HCl；
②由3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）4SiHCl₃（g）
起始量（mol） n 0
變化量（mol） 2x x 4x
平衡量（mol） n-2x 4x
4x=0.020mol/L×20L=0.4mol，x=0.1mol，
n-2x=0.140mol/L×20L=2.8mol，n=3.0mol，
由2NaCl+2H₂OCl₂↑+H₂↑+2NaOH，
2mol 1mol=； m（NaCl）=351g=0.351kg．
（3）由NaCl轉化為NaClO₃，失去電子數為6，H₂O轉化為H₂，得到的電子數為2，
設產生的H₂體積為Vm³，
由得失電子守恒得：6×=2×；
V=134.4m³．
故答案為：（1）①氯氣；a；d；濃硫酸；
（2）①SiCl₄+2H₂+O₂SiO₂+4HCl；②0.351；
（3）134.4．
點評：本題考查電解、氯堿工業、化學平衡的計算、化學方程式書寫、化學計算等知識．