Question

15．電解食鹽水可制取NaOH和二氧化氯（ClO₂）
I：氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如圖1：

依據如圖完成下列問題：
（1）在電解過程中，陰極上生成氣體的電子式為H：H．精制過程中除去溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，除去SO₄^2-、Mg²⁺的最佳試劑為Ba（OH）₂溶液．
（2）精制過程要除去SO₄^2-，可選擇下列溶液中的ac（填字母序號），并將加入的順序以箭頭符號（↓）的形式畫在圖2（精制過程中加入試劑從左到右的順序為先后順序）．
a．Ba（OH）₂　　 b．Ba（NO₃）₂　 c．BaCl₂
在實際生產中也可以用BaCO₃除去SO₄^2-（已知溶解度BaSO₄�。�，試用平衡移動原理加以解釋：由于BaSO₄比BaCO₃的溶解度小，SO₄^2-促使BaCO₃（s）?Ba²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）平衡正向移動，生成更難溶的BaSO₄沉淀．
（3）脫鹽工作中，利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異，通過蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾（填操作名稱）而制得50%的NaOH溶液．
II：二氧化氯（ClO₂）是一種高效、廣譜、安全的殺菌、消毒劑．
氯化鈉電解法是一種可靠的工業(yè)生產ClO₂方法．該法工藝原理如圖3．
其過程是將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉（NaClO₃）與鹽酸反應生成ClO₂．
（4）工藝中可以利用的單質有H₂、Cl₂（填化學式），發(fā)生器中生成ClO₂的化學方程式為2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O．
（5）纖維素還原法制ClO₂是一種新方法，其原理是：纖維素水解得到的最終產物D與NaClO₃反應生成ClO₂．完成反應的化學方程式：
□C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄═□ClO₂↑+□CO₂↑+18H₂O+□Na₂SO₄
ClO₂和Cl₂均能將電鍍廢水中的CN^-氧化為無毒的物質，自身被還原為Cl^-．處理含CN^-相同時的電鍍廢水，所需Cl₂的物質的量是ClO₂的2.5倍．

Answer 1

分析 Ⅰ．粗鹽當中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分別與BaCl₂溶液或氫氧化鋇、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反應生成沉淀，可再通過過濾除去，Na₂CO₃溶液能除去過量的BaCl₂溶液，最后加入鹽酸調節(jié)pH，除去過量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，除去SO₄^2-，也可加入BaCO₃，因BaSO₄比BaCO₃的溶解度小，SO₄^2-促使BaCO₃（s）?Ba²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）平衡正向移動，電解飽和食鹽水，陽極生成氯氣，陰極生成氫氣和氫氧化鈉，將電解液進行蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，可分離氫氧化鈉和氯化鈉，其中氯化鈉和循環(huán)使用；
Ⅱ．（4）電解飽和食鹽水生成H₂、Cl₂和NaOH；故可以利用的單質為H₂、Cl₂，合成HCl，根據流程圖可知加入物質為NaClO₃和HCl，生成ClO₂；可以寫出方程式，并用化合價升降法配平得到；
（5）纖維素為多糖，水解最終產物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價，降低1價，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價為0，到+4價，升高4價，然后配平得到；
每摩爾Cl₂得到2mol電子，而每摩爾ClO₂得到5mol電子，故為2.5倍．

解答 解：Ⅰ．（1）電解飽和食鹽水的反應：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，與正極相連為陽極，生成氯氣，該電極反應為2Cl^--2e^-═Cl₂↑，與電源負極相連為陰極，生成氫氣，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的電子式為H：H，精制過程中除去溶液中的Mg²⁺可加入堿，除去SO₄^2-可加入鋇鹽或堿，則除去SO₄^2-、Mg²⁺的最佳試劑為Ba（OH）₂溶液，
故答案為：H：H；Ba（OH）₂溶液；
（2）添加鋇試劑除去SO₄^2-，注意不能引入新的雜質，選Ba（NO₃）₂會引入雜質硝酸根離子，所以選ac，SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分別與BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反應生成沉淀，可再通過過濾除去，Na₂CO₃溶液能除去過量的BaCl₂溶液，最后加入鹽酸調節(jié)pH，除去過量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，除去SO₄^2-，則順序為，除去SO₄^2-，也可加入BaCO₃，因BaSO₄比BaCO₃的溶解度小，SO₄^2-促使BaCO₃（s）?Ba²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）平衡正向移動，
故答案為：a．c；；由于BaSO₄比BaCO₃的溶解度小，SO₄^2-促使BaCO₃（s）?Ba²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）平衡正向移動，生成更難溶的BaSO₄沉淀；
（3）氫氧化鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，但是氯化鈉的溶解度受溫度的影響不大，所以氫氧化鈉和氯化鈉分離的方法是：通過加熱蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾除去NaCl，故答案為：結晶、過濾；
Ⅱ．（4）電解飽和食鹽水生成H₂、Cl₂和NaOH；故可以利用的單質為H₂、Cl₂，合成HCl，根據流程圖可知加入物質為NaClO₃和HCl，生成ClO₂；發(fā)生氧化還原反應，NaClO₃被還原生成ClO₂，HCl被氧化生成Cl₂，同時生成水，反應的化學方程式為2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O，
故答案為：H₂、Cl₂； 2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O；
（5）纖維素為多糖，水解最終產物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價，降低1價，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價為0，到+4價，升高4價，則配平后的化學方程式為1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
每摩爾Cl₂得到2mol電子，而每摩爾ClO₂得到5mol電子，則所需Cl₂的物質的量是ClO₂的2.5倍，
故答案為：1；C₆H₁₂O₆；24；6；12；Na₂SO₄；2.5．

點評 本題考查化學工藝流程，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，涉及氧化還原反應相關概念、配平及計算，化學實驗基本方法（除雜）等相關知識，題目難度中等，注意把握物質的分離、提純操作方法．