Question

12．工业上利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品，又称为“氯碱工业”．并能以它们为原料生产一系列化工产品．为提高原料的利用率，节能降耗．设计如图1所示工艺流程，其中氯碱工业装置中的电极未标出．

（1）电解饱和食盐水的化学方程式为2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑．
（2）为除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-及泥沙，得到纯净的NaCl，可将粗盐溶于水，正确的操作步骤的顺序是B （填序号）．
①过滤②加过量NaOH溶液③加适量盐酸④加过量Na₂CO₃溶液⑤加过量BaCl₂溶液
A．①④①②⑤③B．①②⑤④①③C．①②④⑤③D．④②⑤
（3）图中NaOII溶液的质量分数a%、b%、c%，由大到小的顺序为c%＞a%＞b%．
（4）氯碱工业的产物NaOH与不同物质反应可以生成不同的盐．已知常温下，浓度均为0.1mol/L的四种钠盐溶液pH如表，下列说法不正确的是BD（填序号）．

溶质	Na2CO3	NaHCO3	NaClO	NaHSO3
pH	11.6	9.7	10.3	5.2

A．向氯水中加入NaHCO₃，可以增大氯水中次氯酸的浓度
B．四种溶液中，水的电离程度最大的是NaClO
C．常温下，相同物质的量浓度的H₂SO₃、H₂CO₃、HClO，pH最大的是HClO
D．四种盐的阴离子结合H⁺能力最强的是HCO₃^-
（5）若利用电解氯化钠溶液所得的气体制36.5%的浓盐酸100t，最少需要消耗食盐58.5t．
（6）氯碱工业产品Cl₂可用于冶炼钛铁矿得到金属钛，流程如图2．写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（7）氮气和氩气是两种化学性质相对稳定的气体．镁还原TiCl₄的反应中为防止Mg和Ti被氧化选择稀有气体氩气．试用化学反应方程式解释不选用氮气的原因：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂．

Answer 1

分析 （1）电解饱和食盐水可以得到烧碱、氢气和氯气；
（2）可先把泥沙过滤去除，加过量Na₂CO₃溶液可除去Ca²⁺和过量的Ba²⁺，因此Na₂CO₃溶液必须放在BaCl₂溶液后面添加即可，另外在加适量盐酸之前，要把形成的沉淀过滤；
（3）根据燃烧池中正、负极电极反应判断NaOII溶液质量分数的变化；
（4）A．由表中pH大小可知，酸性H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，向氯水中加入NaHCO₃，NaHCO₃只与盐酸反应而不与HClO；B．盐类的水解促进水的电离，对于强碱弱酸盐而言，同温度下pH越大，说明水解程度越大，水的电离程度越大；
C．由表中pH大小可知，酸性H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，根据酸性强弱判断pH的大小；
D．酸性越弱，其离子结合H⁺能力越强；
（5）由2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑和Cl₂+H₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2HCl，可得关系式NaCl～HCl，质量之比等于相对分子质量与化学计量数的积之比；
（6）由图2可知反应物有FeTiO₃、Cl₂、C，产物是FeCl₃、TiCl₄、CO，配平即可得到化学方程式；
（7）高温条件下，Mg和氮气反应生成氮化镁．

解答 解：（1）电解饱和食盐水可以得到烧碱、氢气和氯气，化学方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，改写为离子方程式为2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：2Cl^-+2H₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；
（2）除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-及泥沙，可先把泥沙过滤去除，所得滤液中加过量的氯化钡的目的是除去硫酸根离子，加过量NaOH溶液的目的是除去Mg²⁺，加过量碳酸钠溶液的目的是去除过量的钡离子和Ca²⁺．故Na₂CO₃溶液的加入一定在BaCl₂溶液之后即可，盐酸要放在最后，来除去过量的氢氧化钠和碳酸钠，由于盐酸能使生成的沉淀溶解，故加盐酸之前一定要过滤，故操作顺序可以是：①②⑤④①③或①⑤②④①③或①⑤④②①③，
故答案为：B；
（3）在燃料池中，负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，导致NaOH溶液质量分数减小，即为b%＜a%，
正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，导致NaOH溶液质量分数增大，即为a%＜c%，因此c%＞a%＞b%，
故答案为：c%＞a%＞b%；
（4）A．由表中pH大小可知，酸性H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，向氯水中加入NaHCO₃，NaHCO₃只与盐酸反应而不与HClO，因此平衡正向移动，增大了HClO的浓度，故A正确；
B．四种溶液中，水的电离程度最大的是Na₂CO₃，其次才是NaClO，故B错误；
C．酸性H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，常温下，相同物质的量浓度的H₂SO₃、H₂CO₃、HClO，pH最小的是H₂SO₃，最大的是HClO，故C正确；
D．酸性H₂SO₃＞H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，因此结合H⁺能力最强的是CO₃^2-，故D错误；
故答案为：BD；
（5）由2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑和Cl₂+H₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2HCl，可得关系式NaCl～HCl，
设最少需要消耗食盐的质量为x，则
NaCl～HCl
58.5    36.5
x      100t×36.5%
$\frac{58.5}{36.5}=\frac{x}{100t×36.5%}$
x=58.5t，
故答案为：58.5；
（6）由图2可知反应物有FeTiO₃、Cl₂、C，产物是FeCl₃、TiCl₄、CO，钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式为2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（7）镁还原TiCl₄的反应条件是在高温条件下进行的，高温下3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂，因此不能选择氮气而选择氩气，
故答案为：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg₃N₂．

点评 本题考查氯碱工业为基础的化工生产，侧重于燃料电池、电解原理、盐类水解规律、氧化还原化学方程式的书写以及计算的考查，为高频考点，综合性很强，题目难度中等，掌握好化学反应原理、加强计算能力的培养是解题之道．