Question

氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图

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化学方程式为          ，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）为有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2﹣，加入试剂及合理顺序为                

（3）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                   ．

（4）用石墨电极作阴极，铁电极作阳极电解水时往往产生大量的红棕色沉淀，请用化学反应解释这一现象：                  ．

Answer

（1）2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑；升高；

（2）加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，过滤，滤液加适量的盐酸；

（3）NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（4）阳极：Fe﹣2e﹣=Fe2+、阴极：2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣；

Fe2++2OH﹣=Fe（OH）2↓、4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3．

【解析】（1）电解食盐水，与正极相连为阳极，生成氯气，该电极反应为2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑，与电源负极相连为阴极，生成氢气和NaOH，生成碱，所以pH升高，故答案为：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑；升高；

（2）镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的氢氧化钠可以将镁离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡可以将硫酸根离子沉淀，至于先除镁离子，还是先除硫酸根离子都行，钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入碳酸钠转化为沉淀，但是加入的碳酸钠要放在加入的氯化钡之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡，杂质离子都沉淀了，再进行过滤，最后再加入盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子，所以正确的顺序为：加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，过滤，滤液加适量的盐酸，故答案为：加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，加过量的NaOH溶液，过滤，加适量的盐酸；或者，加过量的NaOH溶液，加过量的BaCl2溶液，加过量的Na2CO3溶液，过滤，滤液加适量的盐酸；

（3）采用无隔膜电解冷的食盐水时，2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+NaOH、若氯气和氢氧化钠充分接触，Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，产物仅是次氯酸钠和氢气，则发生的总反应为：NaCl+H2ONaClO+H2↑；

（4）电解池中，活泼金属作阳极时电极材料失电子变成离子进入溶液，用石墨电极作阴极，铁电极作阳极电解水时，阳极电极反应式为：Fe﹣2e﹣=Fe2+；阴极上得电子反应还原反应，电极反应式为：2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，二价铁离子和氢氧根离子能发生反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀，白色的氢氧化亚铁沉淀不稳定，能迅速变为灰绿色，氢氧化亚铁和氧气能发生氧化还原反应生成红褐色氢氧化铁沉淀，反应方程式为4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，所以反应为：Fe﹣2e﹣=Fe2+、2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣、Fe2++2OH﹣=Fe（OH）2↓、4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3