Question

（2009?遼寧）[化學-選修化學與技術]
請回答氯堿的如下問題：
（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=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89

（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⁺、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

③①②

（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

Cl₂

、

H₂

（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

a%小于b%

；
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：

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

，負極：

H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

；
③這樣設計的主要節（電）能之處在于（寫出2處）

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

．

Answer 1

分析：（1）根據電解飽和食鹽水的化學方程式2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，即可得到k=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

，以此計算；
（2）抓住除鋇離子要放在除碳酸根離子前即可得到順序關系：③①②；
（3）本題突破口在于B燃料電池這邊，通空氣一邊為正極（還原反應），那么左邊必然通H₂，這樣Y即為H₂；再轉到左邊依據電解飽和食鹽水的化學方程式可知唯一未知的X必然為Cl₂；A中的NaOH進入燃料電池正極再出來，依據O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-可知NaOH濃度增大．

解答：解：（1）電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，則理論上k=

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89，
故答案為：

M(Cl2)

2M(NaOH)

=

71

80

=1：1.13或0.89；
（2）應先加入過量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加過量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，過濾后加入鹽酸可除去Na₂CO₃，故答案為：③①②；
（3）①通空氣一邊為正極（還原反應），那么左邊必然通H₂，這樣Y即為H₂，則電解池左邊應為陽極，生成Cl₂，由于燃料電池正極發生O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，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%，可知NaOH濃度增大，
故答案為：Cl₂；H₂；a%小于b%；
 ②燃料電池中正極氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負極氫氣失電子發生氧化反應，電極反應式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
③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，
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．

點評：本題前半部分基本就是氯堿工藝的再現，但后半部把原電池、電解的相關知識巧妙地融合在一起，使試題表現出了較好的創意，學習中要把氯堿工業的流程及教材電解飽和食鹽水實驗涉及到的各個知識點要理順、理細，如飽和食鹽水的精制、電解時的現象、電極產物檢驗、物質計算、電極反應式及電解反應的化學方程式書寫等知識要清晰才行，避免一帶而過、簡單處理．