Question

（2012?長寧區(qū)一模）Ⅰ．工業(yè)上電解飽和食鹽能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅．
（1）原料粗鹽中常含有泥沙和Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等雜質，必須精制后才能供電解使用．精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為①Na₂CO₃、②HCl（鹽酸）③BaCl₂，這3種試劑添加的合理順序是

③①②

（填序號）洗滌除去NaCl晶體表面附帶的少量KCl，選用的試劑為

③

．（填序號）（①飽和Na₂CO₃溶液  ②飽和K₂CO₃溶液  ③75%乙醇　④四氯化碳）
（2）如圖是離子交換膜（允許鈉離子通過，不允許氫氧根與氯離子通過）法電解飽和食鹽水示意圖，電解槽陽極產生的氣體是

氯氣

；NaOH溶液的出口為

a

（填字母）；精制飽和食鹽水的進口為

d

（填字母）；干燥塔中應使用的液體是

濃硫酸

．

Ⅱ．多晶硅主要采用SiHCl₃還原工藝生產，其副產物SiCl₄的綜合利用受到廣泛關注．
（1）SiCl₄可制氣相白炭黑（與光導纖維主要原料相同），方法為高溫下SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，化學方程式為

SiCl₄+2H₂+O₂

高溫  .

SiO₂+4HCl

．
（2）SiCl₄可轉化為SiHCl₃而循環(huán)使用．一定條件下，在20L恒容密閉容器中的反應：
3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）
達平衡后，H₂與SiHCl₃物質的量濃度分別為0.140mol/L和0.020mol/L，若H₂全部來源于離子交換膜法的電解產物，理論上需消耗純NaCl的質量為

0.351

kg．
（3）實驗室制備H₂和Cl₂通常采用下列反應：
Zn+H₂SO₄→ZnSO₄+H₂↑；MnO₂+4HCl（濃）

△

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
據此，從下列所給儀器裝置中選擇制備并收集H₂的裝置

e

（填代號）和制備并收集干燥、純凈Cl₂的裝置

d

（填代號）．
可選用制備氣體的裝置：

（4）采用無膜電解槽電解飽和食鹽水，可制取氯酸鈉，同時生成氫氣，現(xiàn)制得氯酸鈉213.0kg，則生成氫氣

134.4

m³（標準狀況）．（忽略可能存在的其他反應）
某工廠生產硼砂過程中產生的固體廢料，主要含有MgCO₃、MgSiO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃和Fe₂O₃等，回收其中鎂的工藝流程如下：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
PH	3.2	5.2	12.4

Ⅲ．部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH見上表，請回答下列問題：
（1）“浸出”步驟中，為提高鎂的浸出率，可采取的措施有

適當提高反應溫度、增加浸出時間

（要求寫出兩條）．
（2）濾渣I的主要成分是

Fe（OH）₃、Al（OH）₃

．
Mg（ClO₃）₂在農業(yè)上可用作脫葉劑、催熟劑，可采用復分解反應制備：
MgCl₂+2NaClO₃→Mg（ClO₃）₂+2NaCl
已知四種化合物的溶解度（S）隨溫度（T）變化曲線如圖所示：

（3）將反應物按化學反應方程式計量數比混合制備Mg（ClO₃）₂．簡述可制備Mg（ClO₃）₂的原因：

在某一溫度時，NaCl最先達到飽和析出；Mg（ClO₃）₂的溶解度隨溫度變化的最大，NaCl的溶解度與其他物質的溶解度有一定的差別；

．
（4）按題（3）中條件進行制備實驗．在冷卻降溫析出Mg（ClO₃）₂過程中，常伴有NaCl析出，原因是：

降溫前，溶液中NaCl已達飽和，降低過程中，NaCl溶解度會降低，會少量析出；

．除去產品中該雜質的方法是：

重結晶

．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）抓住除鋇離子要放在除碳酸根離子前即可解答；根據有機物的性質以及氯化鉀在有機物中的溶解度知識來回答；
（2）電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，陽極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；H₂、2NaOH在陰極，NaOH溶液的出口為a，Cl₂在陽極，精制飽和食鹽水從陽極進入，要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑或中性干燥劑；
Ⅱ．（1）SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，光導纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產物中，H、Cl元素結合成HCl，然后配平即可；
（2）利用三段分析法，根據平衡時H₂與SiHCl₃物質的量濃度，求出的起始物質的量，再根據2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，求出理論上消耗純NaCl的質量；
（3）根據制取氣體的藥品和條件來選擇儀器和裝置；
（4）根據得失電子守恒，NaCl轉化為NaClO₃所失去的電子等于H₂O轉化為H₂所得到的電子，由氯酸鈉的質量求出氯酸鈉的物質的量，進而求出NaCl轉化為NaClO₃所失去的電子的物質的量，最后求出生成氫氣在標準狀況下的體積；
Ⅲ．（1）浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應，從化學反應速率和化學平衡的影響因素來看，可通過升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過攪拌使反應物充分接觸反應，或通過過濾后濾渣多次浸取以提高轉化率；
（2）根據MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能與硫酸反應，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成濾渣；濾液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根據陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調節(jié)pH至5.5時，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺已經完全沉淀，濾渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）根據侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理；
（4）根據侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理．

解答：解：Ⅰ．（1）應先加入過量BaCl₂，除去SO₄^2-，然后加過量Na₂CO₃，可除去Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等，過濾后加入鹽酸可除去Na₂CO₃，故答案為：③①②；
除去NaCl晶體表面的少量的KCl，應選用75%的乙醇，因為CCl₄有毒，同時KCl也不會溶解在CCl₄中，用飽和Na₂CO₃溶液或飽和K₂CO₃溶液會引入新的雜質，故答案為：③；
（2）電解飽和食鹽時，陰極：氫離子放電，產生氫氣，致使氫氧根離子濃度增大，鈉離子和氫氧根離子的增大都發(fā)生在陰極室，所以a出口導出的液體是氫氧化鈉溶液；陽極：氯離子放電，產生氯氣，致使鈉離子濃度升高，通過陽離子交換膜到達陰極室．所以d入口應加入精制飽和食鹽水；要干燥Cl₂需要用酸性干燥劑濃硫酸或P₂O₅等，中性干燥劑無水CaCl₂，
故答案為：氯氣；a；d；濃硫酸；
Ⅱ．（1）SiCl₄與H₂和O₂反應，產物有兩種，光導纖維的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一產物中，H、Cl元素結合成HCl，然后配平即可．發(fā)生的化學方程式為：SiCl₄+2H₂+O₂

高溫  .

SiO₂+4HCl；
（2）由3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）4SiHCl₃（g）
起始量（mol）      n                        0
變化量（mol）      2x       x               4x
平衡量（mol）     n-2x                      4x
 4x=0.020mol/L×20L=0.4mol，x=0.1mol，
 n-2x=0.140mol/L×20L=2.8mol，n=3.0mol，
由2NaCl+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
  mol                  1mol
n（NaCl）            3.0mol
n（NaCl）=6.0mol，m（NaCl）=58.5g/mol×6.0mol=351g=0.351kg，故答案為：0.351；
（3）實驗室制氫氣：固體+液體

不加熱

氣體，所以選e，制氯氣：固體+液體

加熱

氣體，干燥氯氣用濃硫酸，除去氯化氫用飽和食鹽水，故選d，故答案為：e，d；

（4）由NaCl轉化為NaClO₃，失去電子數為6，H₂O轉化為H₂，得到的電子數為2，
設產生的H₂體積為Vm³，由得失電子守恒得：6×

213×103g

116.5g?mol -1

=2×

Vm3×103L?m -3

22.4L?mol -1

，V=134.4m³，故答案為：134.4；
Ⅲ．（1）浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應，從化學反應速率和化學平衡的影響因素來看，可通過升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過攪拌使反應物充分接觸反應，或通過過濾后濾渣多次浸取以提高轉化率，故答案為：適當提高反應溫度、增加浸出時間；
（2）因MgCO₃、CaMg（CO₃）₂、Al₂O₃、Fe₂O₃能與硫酸反應，生成了MgSO₄、CaSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，其中CaSO₄微溶，形成濾渣；濾液中含有MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Fe₂（SO₄）₃，根據陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調節(jié)pH至5.5時，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺已經完全沉淀，濾渣I的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）反應MgCl₂+2NaClO₃═Mg（ClO₃）₂+2NaCl類似于侯德榜制堿法生成NaHCO₃的原理，因為NaCl溶解度小而從溶液中析出，使反應向生成Mg（ClO₃）₂的方向進行，
故答案為：在某一溫度時，NaCl最先達到飽和析出；Mg（ClO₃）₂的溶解度隨溫度變化的最大，NaCl 的溶解度與其他物質的溶解度有一定的差別；
（4）同樣是依據①的原理，在降溫的過程中，Mg（ClO₃）₂的溶解度不斷減小，從溶液中析出，在生成Mg（ClO₃）₂的過程中NaCl也不斷生成，但因溶解度沒有增加，所以也伴隨Mg（ClO₃）₂析出；相同溫度時氯化鈉的溶解度最小，因此在冷卻降溫析出Mg（ClO₃）₂過程中一定會析出氯化鈉．由于氯酸鎂和氯化鈉均溶于水，溶于水的可溶性物質一般用結晶和重結晶的方法分離．
故答案為：降溫前，溶液中NaCl已達飽和，降低過程中，NaCl溶解度會降低，會少量析出；重結晶．

點評：本題考查電解、氯堿工業(yè)、化學平衡的計算、化學方程式書寫、化學計算、儀器裝置的選取等知識點，注意氧化還原反應中電子守恒法的運用．