Question

Ⅰ．工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅．
（1）原料粗盐中常含有泥沙和Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、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）洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，选用的试剂为______．（填序号）（①饱和Na₂CO₃溶液  ②饱和K₂CO₃溶液  ③75%乙醇 ④四氯化碳）
（2）如图是离子交换膜（允许钠离子通过，不允许氢氧根与氯离子通过）法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是______；NaOH溶液的出口为______（填字母）；精制饱和食盐水的进口为______（填字母）；干燥塔中应使用的液体是______．

Ⅱ．多晶硅主要采用SiHCl₃还原工艺生产，其副产物SiCl₄的综合利用受到广泛关注．
（1）SiCl₄可制气相白炭黑（与光导纤维主要原料相同），方法为高温下SiCl₄与H₂和O₂反应，产物有两种，化学方程式为______ SiO₂+4HCl

Answer 1

【答案】分析：Ⅰ．（1）抓住除钡离子要放在除碳酸根离子前即可解答；根据有机物的性质以及氯化钾在有机物中的溶解度知识来回答；
（2）电解饱和食盐时阳极阴离子Cl^-、OH^-放电，Cl^-的放电能力强于OH^-，阳极发生的方程式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，阴极：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、2NaOH在阴极，NaOH溶液的出口为a，Cl₂在阳极，精制饱和食盐水从阳极进入，要干燥Cl₂需要用酸性干燥剂或中性干燥剂；
Ⅱ．（1）SiCl₄与H₂和O₂反应，产物有两种，光导纤维的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一产物中，H、Cl元素结合成HCl，然后配平即可；
（2）利用三段分析法，根据平衡时H₂与SiHCl₃物质的量浓度，求出的起始物质的量，再根据2NaCl+2H₂O Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，求出理论上消耗纯NaCl的质量；
（3）根据制取气体的药品和条件来选择仪器和装置；
（4）根据得失电子守恒，NaCl转化为NaClO₃所失去的电子等于H₂O转化为H₂所得到的电子，由氯酸钠的质量求出氯酸钠的物质的量，进而求出NaCl转化为NaClO₃所失去的电子的物质的量，最后求出生成氢气在标准状况下的体积；
Ⅲ．（1）浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应，从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看，可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度，或通过搅拌使反应物充分接触反应，或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率；
（2）根据MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能与硫酸反应，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成滤渣；滤液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH，在调节pH至5.5时，Fe³⁺和Al³⁺已经完全沉淀，滤渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）根据侯德榜制碱法生成NaHCO₃的原理；
（4）根据侯德榜制碱法生成NaHCO₃的原理．
解答：解：Ⅰ．（1）应先加入过量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加过量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，过滤后加入盐酸可除去Na₂CO₃，故答案为：③①②；
除去NaCl晶体表面的少量的KCl，应选用75%的乙醇，因为CCl₄有毒，同时KCl也不会溶解在CCl₄中，用饱和Na₂CO₃溶液或饱和K₂CO₃溶液会引入新的杂质，故答案为：③；
（2）电解饱和食盐时，阴极：氢离子放电，产生氢气，致使氢氧根离子浓度增大，钠离子和氢氧根离子的增大都发生在阴极室，所以a出口导出的液体是氢氧化钠溶液；阳极：氯离子放电，产生氯气，致使钠离子浓度升高，通过阳离子交换膜到达阴极室．所以d入口应加入精制饱和食盐水；要干燥Cl₂需要用酸性干燥剂浓硫酸或P₂O₅等，中性干燥剂无水CaCl₂，
故答案为：氯气；a；d；浓硫酸；
Ⅱ．（1）SiCl₄与H₂和O₂反应，产物有两种，光导纤维的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一产物中，H、Cl元素结合成HCl，然后配平即可．发生的化学方程式为：SiCl₄+2H₂+O₂SiO₂+4HCl；
（2）由3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）4SiHCl₃（g）
起始量（mol）      n                        0
变化量（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，
  mol                  1mol
n（NaCl）            3.0mol
n（NaCl）=6.0mol，m（NaCl）=58.5g/mol×6.0mol=351g=0.351kg，故答案为：0.351；
（3）实验室制氢气：固体+液体气体，所以选e，制氯气：固体+液体气体，干燥氯气用浓硫酸，除去氯化氢用饱和食盐水，故选d，故答案为：e，d；

（4）由NaCl转化为NaClO₃，失去电子数为6，H₂O转化为H₂，得到的电子数为2，
设产生的H₂体积为Vm³，由得失电子守恒得：6×=2×，V=134.4m³，故答案为：134.4；
Ⅲ．（1）浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应，从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看，可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度，或通过搅拌使反应物充分接触反应，或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率，故答案为：适当提高反应温度、增加浸出时间；
（2）因MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能与硫酸反应，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成滤渣；滤液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH，在调节pH至5.5时，Fe³⁺和Al³⁺已经完全沉淀，滤渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）反应MgCl₂+2NaClO₃═Mg（ClO₃）₂+2NaCl类似于侯德榜制碱法生成NaHCO₃的原理，因为NaCl溶解度小而从溶液中析出，使反应向生成Mg（ClO₃）₂的方向进行，
故答案为：在某一温度时，NaCl最先达到饱和析出；Mg（ClO₃）₂的溶解度随温度变化的最大，NaCl 的溶解度与其他物质的溶解度有一定的差别；
（4）同样是依据①的原理，在降温的过程中，Mg（ClO₃）₂的溶解度不断减小，从溶液中析出，在生成Mg（ClO₃）₂的过程中NaCl也不断生成，但因溶解度没有增加，所以也伴随Mg（ClO₃）₂析出；相同温度时氯化钠的溶解度最小，因此在冷却降温析出Mg（ClO₃）₂过程中一定会析出氯化钠．由于氯酸镁和氯化钠均溶于水，溶于水的可溶性物质一般用结晶和重结晶的方法分离．
故答案为：降温前，溶液中NaCl已达饱和，降低过程中，NaCl溶解度会降低，会少量析出；重结晶．
点评：本题考查电解、氯碱工业、化学平衡的计算、化学方程式书写、化学计算、仪器装置的选取等知识点，注意氧化还原反应中电子守恒法的运用．