Question

工業上電解制堿的技術是用離子交換膜法，主要原料是飽和食鹽水．
請回答下列問題：
電解槽中部的陽離子交換膜把電解槽隔成了陰極室和陽極室，它只允許______（填離子符號，下同）通過，而不允許______和氣體通過．電解法制堿的主要原料飽和食鹽水是由粗鹽制得，其中含有泥沙及Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等雜質，因此必須精制．精制時所用試劑為①NaOH ②Na₂CO₃ ③BaCl₂④鹽酸，這四種試劑的添加順序為______ （填序號）．
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】分析：（1）陽離子交換膜只允許陽離子通過，不允許陰離子通過；
（2）根據粗鹽提純時鹽酸要放在最后，來除去過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，要先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子；
（3）①根據陽離子交換膜的作用和燃料電池的工作原理來回答；
②根據燃料電池的工作原理來回答；
③根據燃料電池能將化學能轉化為電能結合該方法來分析其優點之處．
解答：解：（1）陽離子交換膜只允許陽離子Na⁺ 通過，不允許陰離子Cl^-、OH^-通過，故答案為：Na⁺；Cl^-、OH^-；
（2）先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子，如果加反了，過量的鋇離子就沒法除去，至于加氫氧化鈉除去鎂離子順序不受限制，因為過量的氫氧化鈉加鹽酸就可以調節了，只要將三種離子除完了，過濾，最后加鹽酸除去過量的氫氧根離子、碳酸根離子，故答案為：③②①④或①③②④；
（3）①在燃料電池中，氧氣作正極，所以通入空氣的極是正極，通入燃料的極是負極，即產生Y的極是陰極，所產生的是氫氣，在X處產生的是氯氣，氫氧燃料電池最后產生的是水，所以a%小于b%，故答案為：Cl₂；H₂；a%小于b%；
②燃料電池的工作原理：負極是燃料氫氣發生失電子的氧化反應，即O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，正極是氧氣發生得電子得還原反應，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③燃料電池能將化學能轉化為電能，所以燃料電池可以補充電解池消耗的電能，此外還可以提高產出堿液的濃度，降低能耗，故答案為：燃料電池可以補充電解池消耗的電能；提高產出堿液的濃度（降低能耗）．
點評：本題考查學生氯堿工業的有關知識，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．