Question

14．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图

依据上图，完成下列填空：
（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为2Cl^--2e^-═Cl₂↑，与电源负极相连的电极附近，溶液pH升高（选填“不变”“升高”或“下降”）．
（2）为有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，加入试剂及合理顺序为加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，过滤，滤液加适量的盐酸
（3）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl₂与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl₂与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H₂，相应的化学方程式为NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑．
（4）用石墨电极作阴极，铁电极作阳极电解水时往往产生大量的红棕色沉淀，请用化学反应解释这一现象：阳极：Fe-2e^-=Fe²⁺、阴极：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）电解氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近生成氢氧化钠；
（2）除杂注意不能引入新的杂质，有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，应注意碳酸钠在钡试剂之后；
（3）若氯气和氢氧化钠充分接触，产物仅是次氯酸钠和氢气，则发生的反应为 NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（4）电解池中，活泼金属作阳极时电极材料失电子变成离子进入溶液，根据溶液中阳离子的放电顺序判断阴极上发生的电极反应，据此书写产生大量的红棕色沉淀的方程式．

解答 解：（1）电解食盐水，与正极相连为阳极，生成氯气，该电极反应为2Cl^--2e^-═Cl₂↑，与电源负极相连为阴极，生成氢气和NaOH，生成碱，所以pH升高，
故答案为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；升高；
（2）镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的氢氧化钠可以将镁离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡可以将硫酸根离子沉淀，至于先除镁离子，还是先除硫酸根离子都行，钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入碳酸钠转化为沉淀，但是加入的碳酸钠要放在加入的氯化钡之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡，杂质离子都沉淀了，再进行过滤，最后再加入盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子，所以正确的顺序为：加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，过滤，滤液加适量的盐酸，
故答案为：加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl₂溶液，加过量的Na₂CO₃溶液，过滤，滤液加适量的盐酸；
（3）采用无隔膜电解冷的食盐水时，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+NaOH、若氯气和氢氧化钠充分接触，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，产物仅是次氯酸钠和氢气，则发生的总反应为：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑，
故答案为：NaCl+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO+H₂↑；
（4）电解池中，活泼金属作阳极时电极材料失电子变成离子进入溶液，用石墨电极作阴极，铁电极作阳极电解水时，阳极电极反应式为：Fe-2e^-=Fe²⁺；阴极上得电子反应还原反应，电极反应式为：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，二价铁离子和氢氧根离子能发生反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀，白色的氢氧化亚铁沉淀不稳定，能迅速变为灰绿色，氢氧化亚铁和氧气能发生氧化还原反应生成红褐色氢氧化铁沉淀，反应方程式为4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，所以反应为：Fe-2e^-=Fe²⁺、2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-、Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：阳极：Fe-2e^-=Fe²⁺、阴极：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

点评 本题考查粗盐提纯及电解原理，明确发生的离子反应及电解反应是解答的关键，注意除杂不能引入新的杂质及试剂的添加顺序，题目难度中等．