Question

12．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下

（1）粗盐中含CaCl₂、MgCl₂等杂质，写出精制过程中发生反应的化学方程式是CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl，MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl．
（2）如果粗盐中SO₄^2-含量较高，必须添加钡式剂除去SO₄^2-，该钡试剂可以是AC
A、Ba（OH）₂ 　B、Ba（NO₃）₂ 　C、BaCl₂
（3）电解过程中所发生反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，与电源正极相连的电极附近产生的气体是Cl₂，检验该气体可使用湿润的碘化钾淀粉试纸，现象是试纸变为蓝色．
（4）氯碱工厂生产的氯气和氢气可以进一步用于生产盐酸，主要过程如下：

其中关键的一步为氯气和氢气在燃烧管口燃烧生成HCl，氯气有毒，应采取的措施是先通H₂，再通Cl₂；通H₂点燃后再通Cl₂．合成盐酸厂要求合成气中的HCl的含量要大于97%，试用最简便的方法进行分析是否含量大于97%用100 mL刻度瓶收集满HCl气体，置于水中，水升至97 mL以上即认为符合要求．
（5）氯碱工厂生产的氯气和氢氧化钠溶液可以用于制取“84消毒液”，反应的化学方程式为Cl₂+2NaOH→NaCl+NaClO+H₂O．
（6）某同学欲证明盐酸与氯化氢气体性质不同，他分别向A、B、C三支洁净试管中各放入一片干燥的蓝色石蕊试纸，然后往A试管内加入盐酸，试纸显红色，往B试管中通入干燥的氯化氢气体，试纸显蓝色．最后向C试管中加入物质H₂O（填化学式），他之所以加入这种物质的理由是证明单独的氯化氢气体或水均不能使蓝色石蕊试纸变色．

Answer 1

分析 由流程可知，粗盐加水化盐溶解后，加NaOH除去镁离子，加碳酸钠除去钙离子，精制后得到的沉渣为CaCO₃、Mg（OH）₂；精制后的食盐水电解生成NaOH、氢气、氯气，最后脱盐（NaCl等）得到高浓度的NaOH溶液，
（1）工业食盐中含有较多的Ca²⁺、Mg²⁺杂质，可以用试剂NaOH、Na₂CO₃除去反应为氯化钙和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，氯化镁和氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀；
（2）如果含有SO₄^2-，则可加Ba²⁺形成BaSO₄白色沉淀；由于不能引进其他阴离子，所以钡试剂只能用BaCl₂或Ba（OH）₂；为了有效除去Mg²⁺、Ca²⁺和SO₄^2-，必须先加钡试剂或NaOH，最后加入Na₂CO₃溶液，如果先加入Na₂CO₃溶液，后加BaCl₂或Ba（OH）₂，则多余Ba²⁺无法除去；
（3）电解NaCl溶液时，在与电源正极相连的电极上（阳极），Cl^-失去电子生成Cl₂：2Cl^--2e^-=Cl₂；在与电源负极相连的电极（阴极）发生的反应为：2H⁺+2e^-=H₂，消耗H⁺，产生OH^-，所以附近的pH上升；检验氯气通常使用湿润的碘化钾淀粉溶液；
（4）氯气有毒，为保证氯气完全反应，氢气应过量，据此判断解答；氯化氢易溶于水，据此设计实验分析是否含量大于97%；
（5）氯气和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水；
（6）物质的结构决定物质的性质，从微观上对比盐酸与氯化氢气体的构成，盐酸是氯化氢气体的水溶液，氯化氢溶于水后离解成自由移动的氢离子和氯离子，而构成水的基本粒子是水分子．所以，构成盐酸溶液的基本粒子是氢离子、氯离子和水分子，其中氢离子能使蓝色石蕊试纸变红，石蕊试纸有两种，蓝色石蕊试纸和红色石蕊试纸，蓝色石蕊试纸常用于测定酸性溶液，在酸性溶液中显红色；氯化氢气体是由氯化氢分子构成的，氯化氢既不属于酸也不属于碱，不能能使蓝色石蕊试纸变色进行解答．

解答 解：（1）工业食盐中含有较多的Ca²⁺、Mg²⁺杂质，可以用试剂NaOH、Na₂CO₃除去反应为氯化钙和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，氯化镁和氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，所以化学方程式为CaCl₂+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2NaCl，MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl；
故答案为：CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl； MgCl₂+2NaOH→Mg（OH）₂↓+2NaCl；
（2）除去粗盐中的SO₄^2-，可加Ba²⁺形成BaSO₄白色沉淀，由于不能引进其他阴离子，所以钡试剂只能用BaCl₂或Ba（OH）₂，故AC正确，
故答案为：AC；
（3）在电解过程中，与电源负极相连的电极为阴极，电解池中阴极氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑；阳极氯离子失去电子生成氯气，2Cl^--2e^-=Cl₂，电解过程中反应的化学方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，氯气能够使淀粉碘化钾溶液变蓝，可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验氯气，现象是试纸变为蓝色，
故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑； Cl₂；湿润的碘化钾淀粉； 蓝；
（4）氯气有毒，为保证氯气完全反应，应该先通入氢气，再通入氯气，通入氯气前应先点燃氢气，氯化氢易溶于水，所以验证的方法是：取一个有刻度的玻璃瓶，收集一瓶合成气，倒放在水槽中，观察水面上升的高度，进行粗略估计，用100 mL刻度瓶收集满HCl气体，置于水中，水升至97 mL以上即认为符合要求，
故答案为：先通H₂，再通Cl₂；通H₂点燃后再通Cl₂；用100 mL刻度瓶收集满HCl气体，置于水中，水升至97 mL以上即认为符合要求；
（5）氯气和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的化学方程式为：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，
故答案为：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O；
（6）盐酸是一种酸，盐酸溶液中的氢离子能使蓝色石蕊试液变成红色，氯化氢既不属于酸也不属于碱，不能能使蓝色石蕊试纸变色，仍为蓝色；
盐酸能使蓝色石蕊试纸变红，盐酸是氯化氢气体的水溶液，氯化氢气体和水能不能使蓝色石蕊试纸变红呢？通过B试管中实验已经排除了单独的氯化氢气体不能使蓝色石蕊试纸变色，还需要进一步排除单独的水也不能使使蓝色石蕊试纸变色，要利用控制变量法向C试管中单独加入水进行试验，水的化学式为H₂O．
故答案为：红；蓝；H₂O；证明单独的氯化氢气体或水均不能使蓝色石蕊试纸变色．

点评 本题考查氯碱工业，题目难度中等，涉及电解原理、粗盐提纯、化学实验基本操作方法的应用、实验设计等知识，明确发生的离子反应及电解反应原理是解答的关键，注意除杂不能引入新的杂质及试剂的添加顺序和物质性质的分析应用．