Question

12．目前，回收溴單質的方法主要有水蒸氣蒸餾法和萃取法等．某興趣小組通過查閱相關資料擬采用如下方案從富馬酸廢液（含溴0.27%）中回收易揮發的Br₂：

（1）操作X所需要的主要玻璃儀器為分液漏斗；反萃取時加入20%的NaOH溶液，其離子方程式為Br₂+2OH^-=Br^-+BrO^-+H₂O．
（2）反萃取所得水相酸化時，需緩慢加入濃硫酸，并采用冰水浴冷卻的原因是：減少Br₂的揮發．
（3）溴的傳統生產流程為先采用氯氣氧化，再用空氣水蒸氣將Br₂吹出．與傳統工藝相比，萃取法的優點是沒有采用有毒氣體Cl₂，更環保（或所得溴更純凈）．
（4）已知在酸性條件下溴酸鹽可發生如下離子反應：
2BrO₃^-+10Cl^-+12H⁺═5Cl₂↑+Br₂+6H₂O；Ⅱ．6BrO₃^-+5Cl^-+6H⁺═5ClO₃^-+3Br₂+3H₂O
現將120mL 0.4mol•L^-1KBrO₃溶液和100mL 0.6mol•L^-1KCl溶液在稀H₂SO₄中混合，充分反應后，產物KClO₃和Cl₂的物質的量之比為3：1．

Answer 1

分析 富馬酸廢液中含有Br^-，電解生成溴單質，加入四氯化碳萃取后分液，再加入氫氧化鈉反萃取得到含修煉者和次溴酸根離子的溶液，加入硫酸酸化發生氧化還原反應生成溴單質；
（1）操作X為萃取分液，需要燒杯、分液漏斗等儀器；反萃取時加入20%的NaOH溶液反應生成溴化鈉、次溴酸鈉和水；
（2）溴單質易揮發，濃硫酸溶解放熱分析；
（3）無有毒氣體氯氣參加反應，生產過程環保；
（4）根據n=cV計算出BrO₃^-、Cl^-的物質的量物質的量，根據反應方程式判斷過量情況，然后設出KClO₃和Cl₂的物質的量，結合方程式列式計算出二者的物質的量即可．

解答 解：富馬酸廢液中含有Br^-，電解生成溴單質，加入四氯化碳萃取后分液，再加入氫氧化鈉反萃取得到含修煉者和次溴酸根離子的溶液，加入硫酸酸化發生氧化還原反應生成溴單質，
（1）操作X為萃取分液，需要燒杯、分液漏斗等儀器；反萃取時加入20%的NaOH溶液反應生成溴化鈉、次溴酸鈉和水，反應的離子方程式為：Br₂+2OH^-=Br^-+BrO^-+H₂O；
故答案為：分液漏斗，Br₂+2OH^-=Br^-+BrO^-+H₂O；
（2）溴單質易揮發，濃硫酸溶解放熱分析，反萃取所得水相酸化時，需緩慢加入濃硫酸，并采用冰水浴冷卻的原因是減少溴單質的揮發；
故答案為：減少Br₂的揮發；
（3）溴的傳統生產流程為先采用氯氣氧化，再用空氣水蒸氣將Br₂吹出，與傳統工藝相比，萃取法的優點為：沒有采用有毒氣體Cl₂，更環保，所得溴更純凈，
故答案為：沒有采用有毒氣體Cl₂，更環保；
（4）120mL 0.4mol•L^-1KBrO₃溶液中含有KBrO₃的物質的量為：0.4mol/L×0.12L=0.048mol，100mL 0.6mol•L^-1KCl溶液中含有氯化鉀的物質的量為：0.6mol/L×0.1L=0.06mol，BrO₃^-、Cl^-的物質的量之比為0.048mol：0.06mol=4：5，該比值介于2：10和6：5之間，則產物為KClO₃和Cl₂，設二者的物質的量分別為x、y，
根據反應2BrO₃^-+10Cl^-+12H⁺═5Cl₂↑+Br₂+6H₂O、6BrO₃^-+5Cl^-+6H⁺═5ClO₃^-+3Br₂+3H₂O可知：$\frac{2}{5}$y+$\frac{6}{5}$x=0.048、2y+x=0.06，聯立解得：x=0.036mol、y=0.012mol，
則產物KClO₃和Cl₂的物質的量之比為0.036mol：0.012mol=3：1，
故答案為：3：1．

點評 本題考查了廢水中物質含量的測定實驗探究和物質性質的分析判斷，題目難度中等，明確反應原理為解答關鍵，（4）為難點，需要根據反應物過量情況判斷反應產物，試題培養了學生的分析能力及化學實驗、化學計算能力．