Question

工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅．下图1是离子交换膜法（允许钠

工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅．下图1是离子交换膜法（允许钠离子通过，不允许氢氧根与氯离子通过）电解饱和食盐水，电解槽阳极产生的气体是______，NaOH溶液的出口为______（填字母），精制饱和食盐水的进口为______（填字母），干燥塔中应使用的液体是______．（1）多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注．SiCl4可制气相白炭黑（与光导纤维主要原料相同），方法为高温下SiCl4、H2、O2反应，产物有两种，化学方程式为______．SiCl4可转化为SiCl3而循环使用．一定条件下，在20L恒容密闭容器中反应3SiCl4（g）+2H2（g）+Si（s）═4SiHCl3（g）达平衡后，H2与SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗NaCl的质量为______kg．（2）如图2，实验室制备H2和Cl2通常采用下列反应：Zn+H2SO4?ZnSO4+H2↑，MnO2+4HCl(浓)△..MnCl2+Cl2↑+2H2O据此，从下列所给仪器装置中选择制备并收集H2的装置______（填代号）和制备并收集干燥、纯净Cl2的装置______（填代号）．可选用制备气体的装置：（3）采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气．现制得氯酸钠213.0kg，则生成氢气______m3（标准状况）．（忽略可能存在的其他反应）

Answer 1

电解饱和食盐时阳极阴离子Cl^-、OH^-放电，Cl^-的放电能力强于OH^-，
阳极：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
阴极：2H⁺+2e^-═H₂↑；
总反应为：2NaCl+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
阴极：氢离子放电，产生氢气．致使氢氧根离子浓度增大，钠离子和氢氧根离子的增大都发生在阴极室，所以a出口导出的液体是氢氧化钠溶液；
阳极：氯离子放电，产生氯气，致使钠离子浓度升高，通过阳离子交换膜到达阴极室．所以d入口应加入精制饱和食盐水；
要干燥Cl₂需要用酸性干燥剂浓硫酸或P₂O₅等，中性干燥剂无水CaCl₂．
故答案为：氯气；a；d；浓硫酸；
（1）①SiCl₄与H₂和O₂反应，产物有两种，光导纤维的主要成分是SiO₂，H、Cl元素必在另一产物中，H、Cl元素结合成HCl，然后配平即可，发生的化学方程式为：SiCl₄+2H₂+O₂

高温  .

SiO₂+4HCl；
②由3SiCl₄（g）+2H₂（g）+Si（s）?4SiHCl₃（g）
起始量（mol）    n                   0
变化量（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

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2NaOH，
  2mol                 1mol

(2×58.5)g

1mol

＝

m(NaCl)

3mol

，m（NaCl）=350g=0.35kg
故答案为：SiCl₄+2H₂+O₂

高温  .

SiO₂+4HCl；0.35；
（2）实验室用锌和稀硫酸制取氢气，该反应是固液混合态且不需要加热，所以不需要酒精灯，氢气不易溶于水且密度小于空气密度，所以可以采用向下排空气法或排水法收集，故选e；
实验室制取氯气是固液混合态且需要加热，所以需要酒精灯，氯气能溶于水且密度大于空气，所以采用向上排空气法收集，故选d；
（3）由NaCl转化为NaClO₃，失去电子数为6，H₂O转化为H₂，得到的电子数为2，
设产生的H₂体积为Vm³，
由得失电子守恒得：6×

213×103

116.5

mol＝2×

103V

22.4

mol，V=134.4m³，故答案为：134.4．