Question

【化學—選修2：化學與技術】（15分）
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Ca^2＋、Mg^2＋、Fe^3＋、SO₄^2－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

（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燃料電池可以補充電解池消耗的電能（2分））；提高產出堿液的濃度（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, ↑，根據方程式可知氯氣和氫氧化鈉的物質的量之比是1︰2，所以質量之比是）k=M(Cl₂)/2 M(NaOH)=71/80=0.89。
（2）由于除去SO₄^2－時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生OH^－，所以反應后氫氧化鈉的濃度升高，即a％小于b％。
②負極是氫氣失去電子，正極氧氣得到電子，所以電極反應式分別為H₂－2e^-+2OH^-＝2H₂O 、O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^- 。
③根據裝置特點及反應過程可知，這樣設計的優點是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；降低能耗等。