海水中盐的开发和利用
1.海水制盐的主要方法是( )
A.分馏法 B.蒸发法
C.电渗析法 D.电解法
解析:海水制盐的方法主要是蒸发法。
答案:B
2.NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质,除了作为调味品以外,它还是一种重要的化工原料。下列产品或物质能以NaCl为主要原料制取的是( )
①金属钠 ②氯气 ③烧碱 ④盐酸 ⑤纯碱
A.①② B.①②③
C.①②③④ D.①②③④⑤
解析:电解熔融的氯化钠可制得金属钠和氯气;氯碱工业(电解饱和食盐水)可制得氯气、氢气和烧碱,进而可由氢气和氯气反应制得HCl,HCl溶于水即得盐酸;侯氏制碱法利用NaCl制取纯碱。
答案:D
3.关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
解析:电解NaCl水溶液时,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应为2H++2e-H2↑,总反应方程式是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;在阴极生成氢气和氢氧化钠,得不到金属钠,A错;若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液应呈红色,C错;电解时生成了碱性的氢氧化钠,电解液应呈碱性,D错;阳极附近生成氯气,滴入KI溶液,氯气氧化KI生成单质碘,单质碘溶于水,溶液呈棕色,B正确。
答案:B
4.海洋是一个巨大的化学资源宝库,下列有关海水综合利用的说法正确的是( )
A.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾单质
B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化
C.从海水中可以得到NaCl,电解熔融NaCl可制备Cl2
D.利用潮汐发电是将化学能转化为电能
解析:A项海水中钾元素以K+形式存在,生成钾单质必然发生化学变化;B项海水蒸发制海盐是物理变化;C项2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑;D项,利用潮汐发电是将动能转化为电能。
答案:C
5.下列有关工业生产的叙述正确的是( )
5
A.合成氨生产过程中将NH3液化分离,可加快正反应速率,提高N2、H2的转化率
B.硫酸工业中,在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
C.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法,可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
D.电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小
解析:在合成氨工业中,使氨冷却液化,降低NH3浓度,平衡向正反应方向移动可提高N2、H2的转化率,但其反应速率减小,A项不正确;在硫酸工业中,在接触室安装热交换器是为了控制反应温度使催化剂保持最佳活性,B项不正确;电解饱和食盐水时阳极室产生Cl2,阴极室产生H2,显然C项不正确;由于粗铜中含有Fe、Zn等活泼金属,它们比Cu易失电子,而在它们失电子的同时,阴极仍有Cu析出,故D选项是正确的。
答案:D
6.电解饱和食盐水,当阴极附近有0.8 mol氢氧化钠生成时,导线中通过的电子的物质的量是( )
A.0.16 mol B.0.2 mol
C.0.4 mol D.0.8 mol
解析:由2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑知每生成2 mol NaOH转移2 mol e-,故有0.8 mol NaOH生成,导线中就有0.8 mol e-通过。
答案:D
7.下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是( )
解析:在直流电源和电解池的闭合电路中,电子从电源负极流向电解池的阴极。电解饱和食盐水,在阳极上生成Cl2,可用碘化钾淀粉溶液作试剂检验Cl2;在阴极上生成H2,可用向下排空气法收集,采用点燃的操作方法检验H2;在阴极区生成NaOH溶液,可用酚酞溶液作试剂检验NaOH。
答案:D
8.铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答:
(1)工业冶炼铝的化学方程式是 。
5
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是 。
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如下图所示。
①该电解槽的阳极反应式是 。
②通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因 。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 (填“A”或“B”)导出。
解析:(3)中根据电解原理,阳极应是OH-失电子,所以电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,而阴极为H+放电,促进水的电离,使OH-浓度增大,所以pH增大。根据阳离子交换膜的特点,K+可从阳极区进入阴极区和OH-组成KOH,从而可在阴极区得到纯的KOH,故液体应从B口导出。
答案:(1)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(2)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)①4OH--4e-2H2O+O2↑
②H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大
③B
9.用U形管、石墨电极、低碳钢电极、铅蓄电池和导线等组装电解槽,电解饱和食盐水(电解是成功的)。回答下列问题:
(1)石墨电极上的气态产物是 ,低碳钢电极上的气态产物是 。
(2)NaOH生成于 (填“阳极区”或“阴极区”)。请对你的判断作出简要的解释 。
(3)如果将铅蓄电池的正、负极对调后再连接,电解的化学方程式是 。
解析:在电解池中,石墨是惰性电极,它用作电解池的阳极,接电源的正极;低碳钢是活性电极,它用作电解池的阴极,接电源的负极。电解装置如下图所示。
5
饱和NaCl溶液中有Na+和H+两种阳离子,H+放电能力较强;有OH-和Cl-两种阴离子,Cl-放电能力较强。电极反应式如下:
石墨电极(阳极):4Cl--4e-2Cl2↑
低碳钢电极(阴极):4H2O+4e-2H2↑+4OH-或2H++2e-H2↑
在电解的过程中,阴极区生成OH-,溶液里的Na+受电场力的作用移向阴极区,在阴极区生成了NaOH。
将铅蓄电池的正、负极对调后再连接,石墨电极(惰性电极)变成了阴极,低碳钢电极(活性电极)变成了阳极,电极反应式如下:
石墨电极(阴极):4H2O+4e-2H2↑+4OH-
低碳钢电极(阳极):2Fe-4e-2Fe2+
电解总化学反应方程式:Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。
答案:(1)Cl2(或氯气) H2(或氢气)
(2)阴极区 OH-在阴极区生成,溶液里的Na+移向阴极区,OH-与Na+在阴极形成了NaOH
(3)Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑
10.氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:
依据上图完成下列填空:
(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为 ;与电源负极相连的电极附近,溶液pH (选填“不变”“升高”或“下降”)。
(2)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质,精制过程发生反应的离子方程式为 。
(3)如果粗盐中S含量较高,必须添加钡试剂除去S,该钡试剂可以是 (选填“a”“b”或“c”)。
a.Ba(OH)2 b.Ba(NO3)2
c.BaCl2
(4)为有效除去Ca2+、Mg2+、S,加入试剂的合理顺序为 (选填“a”“b”或“c”)。
a.先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂
b.先加NaOH,后加钡试剂,再加Na2CO3
c.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3
(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl溶解度上的差异,通过 、冷却结晶、 除去NaCl。(填写操作名称)
(6)在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2与NaOH反应;采用无隔膜电解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为 。
5
解析:(1)电解食盐水时,与电源正极相连的电极发生的电极反应式是2Cl--2e-Cl2↑,与电源负极相连的电极发生的电极反应式是2H++2e-H2↑,消耗H+,即产生OH-,所以溶液的pH升高。
(2)精制过程中,加入Na2CO3除去Ca2+(Ca2++CCaCO3↓);加入NaOH除去Mg2+[Mg2++2OH-Mg(OH)2↓],由于Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度,所以Mg2+与OH-、C混合时,主要生成Mg(OH)2沉淀。
(3)除去S应选择Ba2+,如加入Ba(NO3)2,溶液中会引入杂质N,而加入BaCl2或Ba(OH)2均不会增加新的杂质。
(4)除杂质时加入Ba2+和OH-无先后之分,但Na2CO3一定在BaCl2之后加入,因为C还能除去多余的Ba2+。
(5)脱盐工序的目的是分离NaOH和NaCl,由于NaCl溶解度小,因而NaCl首先析出,其操作过程是蒸发、冷却结晶,经过滤得到NaCl晶体。
(6)如无隔膜会发生如下反应:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,电解食盐水溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,两反应的化学方程式相加得NaCl+H2ONaClO+H2↑。
答案:(1)2Cl--2e-Cl2↑ 升高
(2)Ca2++CCaCO3↓、Mg2++2OH-Mg(OH)2↓ (3)ac (4)bc (5)蒸发 过滤
(6)NaCl+H2ONaClO+H2↑
5
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