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（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

高中 已帮助：人 时间:2025-04-02 15:20:51

（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SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。
① 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与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为                       。
② SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用。一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应：
3 SiCl4（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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难度：⭐⭐⭐

题库：高中,化学

标签：电解槽,氢气,离子交换

参考解答

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456***123

2025-04-02 15:20:51

（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SiCl4+2H2+O2SiO2+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-═Cl2↑，阴极：2H++2e-═H2↑；H2、2NaOH在阴极，NaOH溶液的出口为a，Cl2在阳极，精制饱和食盐水从阳极进入，要干燥Cl2需要用酸性干燥剂或中性干燥剂．
（2）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；
②利用三段分析法，根据平衡时H2与SiHCl3物质的量浓度，求出的起始物质的量，再根据2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+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NaClO3所失去的电子等于H2O转化为H2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NaClO3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．
解答：解：（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+2H2OCl2↑+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．
（2）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+O2SiO2+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+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH，
2mol 1mol=； m（NaCl）=351g=0.351kg．
（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×=2×；
V=134.4m3．
故答案为：（1）①氯气；a；d；浓硫酸；
（2）①SiCl4+2H2+O2SiO2+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．

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