Question

【化学—选修2：化学与技术】（15分）
请回答氯碱工业的如下问题：
（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品。理论上k＝_______（要求计算表达式和结果）;
（2）原料粗盐中常含有泥沙和Ca^2＋、Mg^2＋、Fe^3＋、SO₄^2－等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na₂CO₃、②HCl（盐酸）③BaCl₂，这3种试剂添加的合理顺序是______________（填序号）
（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。             

①图中X是__    ___（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a％与b％的大小_________;
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：______; 负极：_____;
③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）____________、____________。

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燃料电池可以补充电解池消耗的电能（2分））；提高产出碱液的浓度（2分；降低能耗（其他合理答案也给分）

（1）惰性电极电解饱和食盐水的方程式为2NaCl＋2H₂O2NaOH＋H₂↑＋Cl₂, ↑，根据方程式可知氯气和氢氧化钠的物质的量之比是1︰2，所以质量之比是）k=M(Cl₂)/2 M(NaOH)=71/80=0.89。
（2）由于除去SO₄^2－时要加入过量的氯化钡溶液，而过量的氯化钡需要碳酸钠除去，所以正确的操作顺序是③①②。
（3）①由于在燃料电池中失去电子的是氢气，所以Y是氢气，则X就是氯气。由于燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH^－，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a％小于b％。
②负极是氢气失去电子，正极氧气得到电子，所以电极反应式分别为H₂－2e^-+2OH^-＝2H₂O 、O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^- 。
③根据装置特点及反应过程可知，这样设计的优点是燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗等。