Question

5．氯堿廠電解飽和食鹽水溶液制取NaOH的工藝流程示意圖和陽離子交換膜電解槽裝置圖如下：請回答下列問題：
（1）粗鹽含有較多雜質（含Mg²⁺、Ca²⁺），精制過程中加NaOH的作用是除去氯化鎂（鎂離子）
（2）電解過程中，發(fā)生反應的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑
（3）脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻、過濾（填寫操作名稱）除去NaCl，該工業(yè)流程中可循環(huán)利用的物質是NaCl
（4）已知某陽離子交換膜電解槽每小時加入10%的氫氧化鈉溶液10Kg，每小時能收集到標況下的氫氣896L，而且兩邊的水不能自由流通．則理論上計算，電解一個小時后流出的氫氧化鈉溶液的質量分數(shù)為35.7%．
（5）通過電解飽和食鹽獲得的氫氣和氯氣可用于生產高純硅，流程如下：
石英沙$→_{高溫}^{焦炭}$粗硅$→_{加熱}^{氯氣}$四氯化硅$→_{高溫}^{氫氣}$純硅
①石英沙的主要成分是SiO₂（填化學式）．在制備過程時，焦炭的作用是還原劑．
②粗硅與氯氣反應后得到的液態(tài)四氯化硅中�；煊幸恍╇s質，必須進行分離提純．其提純方法為蒸餾
③由四氯化硅得到高純硅的化學方程式是SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl．

Answer 1

分析 （1）加入氫氧化鈉主要是除去鎂離子；
（2）電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氫氣和氧氣，據(jù)此書寫方程式；
（3）根據(jù)氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大的特征進行分析；根據(jù)循環(huán)圖尋找可以循環(huán)使用的物質；
（4）根據(jù)氫氣的體積計算生成的氫氧化鈉的質量、溶液減少的氫氣的質量、溶液增加的質量（鈉的質量），再根據(jù)質量分數(shù)公式計算即可；
（5）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，C元素的化合價升高；
②粗硅與氯氣反應后得到沸點較低的液態(tài)四氯化硅，其中�；煊幸恍└叻悬c、難揮發(fā)性雜質，利用沸點差異分離；
③四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應得到高純硅和氯化氫氣體，以此書寫化學反應．

解答 解：（1）加入氫氧化鈉主要是與鎂離子反應生成氫氧化鎂沉淀從而除去鎂離子，所以精制過程中加NaOH的作用是除去氯化鎂（鎂離子），故答案為：除去氯化鎂（鎂離子）；
（2）電解氯化鈉溶液的生成物是氫氧化鈉、氯氣和氫氣，即：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（3）因為氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大，所以可以采用蒸發(fā)溶劑結晶的方法，除去氫氧化鈉中的氯化鈉；根據(jù)循環(huán)圖，可以循環(huán)使用的物質是氯化鈉，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；過濾；NaCl；
（4）氫氣的物質的量=$\frac{896L}{22.4L/mol}$=40mol；電解水時，生成氫氣與氫氧化鈉的物質的量之比為1：2，所以生成氫氧化鈉的質量=2×40mol×40g/mol=3200g，溶液增加的質量為增加的鈉元素的質量減去生成氫氣的質量=2×40mol×23g/mol-80g=1760g；溶液中溶質氫氧化鈉的質量為10000g×10%+3200g=4200g，溶液的質量為10000g+1760g=11760g，電解后流出的氫氧化鈉溶液的質量分數(shù)=$\frac{4200g}{11760g}$=35.7%，
故答案為：35.7%；
（5）①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑，C元素的化合價升高，則焦炭作還原劑，故答案為：SiO₂；還原劑；
②粗硅與氯氣反應后得到沸點較低的液態(tài)四氯化硅，其中�；煊幸恍└叻悬c、難揮發(fā)性雜質，因沸點不同，則分離提純法選蒸餾法，故答案為：蒸餾；
③四氯化硅與氫氣在高溫條件下反應得到高純硅和氯化氫氣體，該反應為SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl，故答案為：SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+4HCl．

點評 本題是一道綜合性試題，涉及知識點比較多，要求學生有完整的知識結構和分析問題的能力，題目難度不大．