Question

4．碘及其化合物主要用于醫藥、照相及染料等．碘是合成碘化物的基本原料．空氣吹出法從鹵水中提碘的流程如圖：

回答下列問題：
（1）“氧化”時，Cl₂過量會將I₂氧化為HIO₃，寫出生成HIO₃的化學方程式5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl；
（2）“吹出”在吹出塔中進行，含碘鹵水從塔頂；（填“塔頂”或“塔底”，下同）進入，熱空氣從塔底進入，理由為因熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率；
（3）吸收塔應選擇耐酸材料，原因是反應生成HI和H₂SO₄兩種強酸；
（4）結晶時，發生反應的離子方程式為C1₂+2I^-=2Cl^-+I₂；
（5）從“氧化”所得含碘鹵水中提取碘還可以采用加CCl₄的方法，該分離方法為萃取；為進一步分離I₂和CCl₄，向其中加入NaOH溶液與I₂反應，生成的I^-、IO₃^-進入水溶液；分液后再酸化，即得粗碘．加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物質的量之比為5：1；
（6）H₂O₂也能發生與Cl₂類似的反應，若先用H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，再將其與鹵水按一定比例混合、酸化制取粗碘，處理含I^-為254mg/L的鹵水1m³，理論上需20%的H₂O₂170g．

Answer 1

分析 鹵水中碘和氯氣發生氧化還原反應生成HCl和HIO₃，反應物的接觸時間越長，反應越充分，所以含碘鹵水應該從塔頂加入，熱空氣從塔底加入，向剩余液體中加入二氧化硫和水，發生氧化還原反應生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質，最后通過精制得到碘單質，
（1）氯氣、碘在水溶液中發生氧化還原反應生成碘酸和HCl；
（2）反應物接觸時間越長，反應越充分；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能發生氧化還原反應生成HI和H₂SO₄兩種強酸；
（4）向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質，據此寫出反應的離子方程式；
（5）利用同一溶質在不同溶劑中溶解度的差異采用萃取方法分離；
NaOH溶液與I₂反應，生成的I^-、IO₃^-進入水溶液，離子反應方程式為6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根據生成的碘離子和碘酸根離子之間的關系式計算；
（6）1m³的254mg/L的鹵水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，發生的反應為3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性條件下，I^-和碘酸根離子反應方程式為5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根據方程式②知參加反應的I^-和IO₃^-的關系是5：1，根據I原子守恒得發生反應①消耗I^-與生成IO₃^-關系為1：1，所以反應①中消耗I^-的物質的量占總的$\frac{1}{6}$為：2mol×：$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，則消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，再根據質量分數計算雙氧水質量．

解答 解：鹵水中碘和氯氣發生氧化還原反應生成HCl和HIO₃，反應物的接觸時間越長，反應越充分，所以含碘鹵水應該從塔頂加入，熱空氣從塔底加入，向剩余液體中加入二氧化硫和水，發生氧化還原反應生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質，最后通過精制得到碘單質，
（1）氯氣、碘在水溶液中發生氧化還原反應生成碘酸和HCl，反應方程式為5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl，
故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl；
（2）反應物接觸時間越長，反應越充分，熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率，所以含碘鹵水從塔頂進入，熱空氣從塔底進入，
故答案為：塔頂；塔底；因熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能發生氧化還原反應生成HI和H₂SO₄兩種強酸，酸能腐蝕某些物質，所以吸收塔應選擇耐酸材料，
故答案為：反應生成HI和H₂SO₄兩種強酸；
（4）結晶時，向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質，反應的離子方程式為：C1₂+2I^-=2Cl^-+I₂，
故答案為：C1₂+2I^-=2Cl^-+I₂；
（5）碘在四氯化碳中的溶解度遠遠大于在水中的溶解度且碘和四氯化碳不反應，四氯化碳和水不互溶，所以可以采用萃取方法分離；
NaOH溶液與I₂反應，生成的I^-、IO₃^-進入水溶液，離子反應方程式為6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根據方程式知，加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物質的量之比為5：1，
故答案為：萃�。�5：1；
（6）1m³的254mg/L的鹵水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，發生的反應為3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性條件下，I^-和碘酸根離子反應方程式為5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根據方程式②知參加反應的I^-和IO₃^-的關系是5：1，根據I原子守恒得發生反應①消耗I^-與生成IO₃^-關系為1：1，所以反應①中消耗I^-的物質的量占總的$\frac{1}{6}$為：2mol×：$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，則消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，
理論上需20%的H₂O₂=$\frac{1mol×34g/mol}{20%}$=170g，
故答案為：170．

點評 本題考查物質分離和提純方法及其綜合應用，為高頻考點，題目難度中等，涉及氧化還原反應、基本操作及物質分離和提純方法的選取等知識點，明確實驗原理是解本題關鍵，難點是（6）題計算，要注意碘離子發生兩次反應，試題培養了學生的分析能力及化學實驗能力．