问题 问答题

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SiHC13还原工艺生产,其副产物SiC14的综合利用受到广泛关注.SiC14可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同),方法为高温下SiC14、H2、O2反应,产物有两种,化学方程式为______.SiC14可转化为SiC13而循环使用.一定条件下,在20L恒容密闭容器中反应3SiC14(g)+2H2(g)+Si(s)═4SiHC13(g)达平衡后,H2与SiHC13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NaC1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+H2SO4ZnSO4+H2↑,MnO2+4HC1(浓)

.
.
MnC12+C12↑+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C12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)

答案

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:

213×103
116.5
mol=2×
103V
22.4
mol,V=134.4m3,故答案为:134.4.

单项选择题
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