Question

氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如图所示：

（1）由于生成的氯气可溶于水，并发生下列反应Cl₂+H₂O?HCl+HClO，电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用

氯气在水中存在平衡为Cl₂+H₂O?HCl+HClO，增大盐酸的浓度可使该平衡向逆反应方向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的逸出

；
（2）电解所用的盐水需精制．去除食盐水中含有的Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、SO₄^2-[c（SO₄^2-）＞c（Ca²⁺）]．精致流程如下（淡盐水和溶液A来上述电解池）：

①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是

Mg（OH）₂

．
②过程Ⅰ中Cl₂将NH₄⁺转化为N₂的离子方程式是

2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-=N₂+6Cl^-+8H₂O或2NH₄⁺+3ClO^-+2OH^-=N₂+3Cl^-+5H₂O

．
③BaSO₄的溶解度比BaCO₃的小，过程Ⅱ中除去的离子有

Ca²⁺、SO₄^2-

．
④经过程Ⅲ处理，要求盐水c中剩余Na₂SO₃的含量小于5mg/L，若盐水b中NaClO的含量是7.45mg/L，则处理10m³盐水b，最多添加10%Na₂SO₃溶液的质量为多少kg？（加入溶液引起的体积变化忽略不计，请写出解题步骤）．

1.76kg

．

Answer 1

分析：（1）根据阳极产物和平衡移动原理分析；
（2）①根据杂质离子和溶液的酸碱性判断能反应生成的沉淀；
②根据A溶液成分和可能具有的性质，结合氧化还原反应和质量守恒定律书写离子方程式；
③根据溶液成分和溶解度大小判断生成的沉淀；
④根据反应方程式和质量守恒解答．

解答：解：（1）电解饱和食盐水时，阴极反应式为：2H₂O-2e^-═2OH^-+H₂↑，阳极反应式为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，阴极产物为NaOH和H₂，阳极产物是Cl₂，电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3的作用是促使化学平衡Cl₂+H₂O?HCl+HClO向左移动，减少Cl₂在水中的溶解，有利于Cl₂的逸出，
故答案为：氯气在水中存在平衡为Cl₂+H₂O?HCl+HClO，增大盐酸的浓度可使该平衡向逆反应方向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的逸出； 
（2）①根据粗盐水和淡盐水的化学成分，结合精制盐水的流程进行分析，可知过程I是将Mg²⁺转化为Mg（OH）₂沉淀除去，即盐泥a中除泥沙外，还含有的物质是Mg（OH）₂，
故答案为：Mg（OH）₂；
②将NH₄⁺转化为N₂的氧化剂是Cl₂，对应的离子方程式是2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-═N₂+6Cl^-+8H₂O，
故答案为：2NH₄⁺+3Cl₂+8OH^-=N₂+6Cl^-+8H₂O； 
③过程II是利用沉淀溶解平衡原理，将溶液中的Ca²⁺和SO₄^2-分别转化为CaCO₃和BaSO₄沉淀除去，
故答案为：Ca²⁺、SO₄^2-；
④处理10m³盐水b中含有NaClO的物质的量为n=

1000L×10×7.45×10-3g/L

74.5g/mol

=1mol 
根据反应：NaClO+Na₂SO₃═NaCl+Na₂SO₄，可知与NaClO完全反应消耗的Na₂SO₃为1mol，
质量为m=n×M=1mol×126g/mol=126g，
根据题意，设最多添加10%Na₂SO₃溶液的质量为x

(x×10%-126g)×103mg/g

10000L

=5mg/L，
解得：x=1760g=1.76kg，
故答案为：1.76kg．

点评：本题考查氯碱工业，注意把握题给信息，掌握电解原理，根据反应方程式和质量守恒进行计算为解答该题的关键，题目难度中等．