题目内容

工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料,其中部分原料可用于制备多晶硅。

(1)如图是离子交换膜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___________。

(2)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。

①SiCl4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____________________________________________。

②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下,在20 L恒容密闭容器中的反应:

3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)

达平衡后,H2和SiHCl3物质的量浓度分别为0.140 mol/L和0.020 mol/L,若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物,理论上需消耗纯NaCl的质量为___________kg。

(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水,可制取氯酸钠,同时生成氢气。现制得氯酸钠213.0 kg,则生成氢气_________m3(标准状况)。

 

(1)氯气 a d 浓硫酸

(2)①SiCl4+2H2+O2SiO2+4HCl  ②0.35

(3)134.4

解析:本题分三部分,综合考查氯碱工业、原料的综合利用及有关计算。

(1)根据电解原理,阳极产生氯气,用浓硫酸干燥;阴极区产生氢气和氢氧化钠。结合图示可知,a口为氢氧化钠溶液出口;而阴离子不允许透过隔膜,故精制饱和食盐水应从d口进入。(2)①根据题意,SiCl4与H2和O2反应的产物之一为SiO2,则另一产物应为HCl,不难写出化学方程式;②计算时要考虑参加反应的氢气和未参加反应的氢气:根据平衡时H2与SiHCl3物质的量浓度0.140 mol/L和0.020 mol/L可求出共需氢气(0.140 mol/L+0.020 mol/L×1/2)×20 L=3.0 mol,再根据电解饱和食盐水反应方程式进而求出需氯化钠6.0 mol,即0.35 kg。(3)根据题意,首先写出反应方程式:NaCl+3H2ONaClO3+3H2↑,根据NaClO3和H2的当量关系,不难求出产生氢气的体积(标况):

213 000 g÷106.5 g/mol×3×22.4 L/mol=134 400 L=134.4 m3。

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