Question

氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)能30%以上．在這種工藝設(shè)計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中甲、乙、丙、丁均為石墨電極．

（1）為了去除粗鹽中混油的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-．下列選項中所加試劑（均為溶液）及加入順序均合理的是        （填選項字母）  
A．先加足量的Ba（OH）₂，再加足量的Na₂CO₃，最后加入適量稀鹽酸
B．先加入足量的NaOH．再加入足量的Na₂CO₃，然后加入BaCL₂，最后加入適量稀鹽酸．
C．先加足量的Na₂CO₃，再加足量的BaCl₂，然后加足量的NaOH，最后加入適量稀鹽酸．
D．先加足量的Ba（NO₃）₂，再加足量NaOH，然后再加足量的Na₂CO₃，最后加入適量稀鹽酸．
（2）丙電極為

 

極，該電極的電極反應(yīng)方程式

 

．
（3）乙電極附近溶液的pH

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）若裝置中通過0.5 mol e^-時，理論上生成標準狀況下X的體積為

 

．
（5）圖中NaOH溶液的質(zhì)量分數(shù)a%、b%、c%，由大到小的順序為

 

．
（6）這樣設(shè)計的主要節(jié)能之處在于（任寫一條）

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：（1）除去粗鹽中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-及泥沙，鹽酸要放在最后，來除去過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，要先加過量的氯化鋇除去硫酸根離子，然后用碳酸鈉去除過量的鋇離子；
（2）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）電解池的陰極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)；
（4）根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子轉(zhuǎn)移來計算；
（5）燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%小于b%，可知NaOH濃度增大；
（6）燃料電池和電解池相組合的新工藝能量轉(zhuǎn)化可以相互補充．

解答： 解：（1）要先除硫酸根離子，然后再除鈣離子，碳酸鈉可以除去過量的鋇離子，如果加反了，過量的鋇離子就沒法除去，至于加氫氧化鈉除去鎂離子順序不受限制，因為過量的氫氧化鈉加鹽酸就可以調(diào)節(jié)了，只要將三種離子除完了，過濾就行了，最后加鹽酸除去過量的氫氧根離子碳酸根離子，故選：A；
（2）該裝置的左邊是電解池，右邊是燃料電池，通入空氣的電極是正極，所以丙是負極，是燃料氫氣發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，堿溶液中生成水，即H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：負；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）丙是燃料電池的負極，所以乙電極是電解池的陰極，該極上氫離子得電子，所以堿性增強，pH增大，故答案為：增大；
（4）甲電極是陽極，該極上產(chǎn)生氯氣，根據(jù)電極反應(yīng)：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，若裝置中通過0.5 mole^-時，理論上生成標準狀況下氯氣的物質(zhì)的量是0.25mol，X的體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L，故答案為：5.6L；
（5）燃料電池中的離子膜只允許陽離子通過，而燃料電池中正極氧氣得到電子產(chǎn)生OH^-，所以反應(yīng)后氫氧化鈉的濃度升高，即a%大于c%，負極氫氣失電子生成氫離子消耗氫氧根離子，所以b%＞a%，得到b%＞a%＞c%，故答案為：b%＞a%＞c%；
（6）燃料電池化學能轉(zhuǎn)化為電能，為電解池提供電源，并且氫氧化鈉的產(chǎn)出濃度會提高，所以燃料電池可以補充電解池消耗的電能（提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗），
故答案為：燃料電池可以補充電解池消耗的電能（提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗）．

點評：本題考查原電池與電解池，明確電極的判斷及發(fā)生的電極反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注意利用電子守恒進行計算，注重基礎(chǔ)知識的考查，題目難度不大