Question

（12分）工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。（1）下图是离子交换膜

（12分）工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。（1）下图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，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 。 （2）多晶硅主要采用SiHCl 3 还原工艺生产，其副产物SiCl 4 的综合利用受到广泛关注。① SiCl 4 可制气相白炭黑（与光导纤维主要原料相同），方法为高温下SiCl 4 与H 2 和O 2 反应，产物有两种，化学方程式为 。② SiCl 4 可转化为SiHCl 3 而循环使用。一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应： 3 SiCl 4 （g）+2H 2 （g）+Si（s） 4SiHCl 3 （g）达平衡后，H 2 与SiHCl 3 物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L，若H 2 全部来源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯NaCl的质量为 ______ kg。（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 （标准状况）。

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Answer 1

（1）阳极产生的气体是氯气；NaOH溶液的出口为a（填字母）；精制饱和食盐水的进口为d（填字母）；干燥塔中应使用的液体是浓硫酸。 （2）①化学方程式为SiCl 4 +2H 2 +O 2 SiO 2 +4HCl。 ②理论上需消耗纯NaCl的质量为0.35kg。 （3）生成氢气134.4 （标准状况）。

分析：（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 - ，阳极发生的方程式为：2Cl - -2e - ═Cl 2 ↑，阴极：2H + +2e - ═H 2 ↑；H 2 、2NaOH在阴极，NaOH溶液的出口为a，Cl 2 在阳极，精制饱和食盐水从阳极进入，要干燥Cl 2 需要用酸性干燥剂或中性干燥剂． （2）①SiCl 4 与H 2 和O 2 反应，产物有两种，光导纤维的主要成分是SiO 2 ，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； ②利用三段分析法，根据平衡时H 2 与SiHCl 3 物质的量浓度，求出的起始物质的量，再根据2NaCl+2H 2 O Cl 2 ↑+H 2 ↑+2NaOH，求出理论上消耗纯NaCl的质量； （3）根据得失电子守恒，NaCl转化为NaClO 3 所失去的电子等于H 2 O转化为H 2 所得到的电子，由氯酸钠的质量求出氯酸钠的物质的量，进而求出NaCl转化为NaClO 3 所失去的电子的物质的量，最后求出生成氢气在标准状况下的体积． （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 - ═Cl 2 ↑， 阴极：2H + +2e - ═H 2 ↑； 总反应为：2NaCl+2H 2 O Cl 2 ↑+H 2 ↑+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Cl 2 需要用酸性干燥剂浓硫酸或P 2 O 5 等，中性干燥剂无水CaCl 2 ． （2）①SiCl 4 与H 2 和O 2 反应，产物有两种，光导纤维的主要成分是SiO 2 ，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：SiCl 4 +2H 2 +O 2 SiO 2 +4HCl； ②由3SiCl 4 （g）+2H 2 （g）+Si（s） 4SiHCl 3 （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+2H 2 O Cl 2 ↑+H 2 ↑+2NaOH， 2mol 1mol = ； m（NaCl）=351g=0.351kg． （3）由NaCl转化为NaClO 3 ，失去电子数为6，H 2 O转化为H 2 ，得到的电子数为2， 设产生的H 2 体积为Vm 3 ， 由得失电子守恒得：6× =2× ； V=134.4m 3 ． 故答案为：（1）①氯气；a；d；浓硫酸； （2）①SiCl 4 +2H 2 +O 2 SiO 2 +4HCl；②0.351； （3）134.4． 点评：本题考查电解、氯碱工业、化学平衡的计算、化学方程式书写、化学计算等知识．