Question

17．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種重要的消毒劑，主要用于水、砂糖、油脂的漂白與殺菌．以下是制取亞氯酸鈉的工藝流程：

已知：①ClO₂氣體只能保持在濃度較低狀態下以防止爆炸性分解，且需現合成現用．②ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在．
（1）在無隔膜電解槽中持續電解一段時間后，生成氫氣和NaClO₃，請寫出陽極的電極反應方程式Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O．
（2）反應生成ClO₂氣體需要X酸酸化，X酸可以為B．
A．鹽酸    B．稀硫酸    C．硝酸    D．H₂C₂O₄溶液
吸收塔內的溫度不能過高的原因為溫度過高H₂O₂將分解．
（3）ClO₂被S ClO₂被S^2-還原為ClO₂^-、Cl^-轉化率與pH關系如圖．
 
寫出pH≤2時ClO₂與S^2- 反應的離子方程式：2ClO₂+5S^2-+8H⁺=2Cl^-+5S↓+4H₂O
（4）ClO₂對污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^- amg/L，現用ClO₂將CN^-氧化，生成了兩種無毒無害的氣體，其離子反應方程式為2ClO₂+2CN^-=2Cl^-+2CO₂+N₂↑；處理100m³這種污水，至少需要ClO_{2$\frac{100a}{26}$}mol．

Answer 1

分析 無隔膜電解槽中持續電解飽和氯化鈉溶液，則電解生成的氯氣和氫氧化鈉反應生成氯酸鈉溶液，通二氧化硫和X酸還原氯酸鈉溶液生成二氧化氯，再用雙氧水、氫氧化鈉吸收反應生成亞氯酸鈉，過濾的亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液通過蒸發結晶得到亞氯酸鈉晶體．
（1）根據電解池中陽極失去電子結合產物書寫；
（2）由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在，所以只能在酸性環境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發生氧化還原反應，所以X應該是硫酸；H₂O₂不穩定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過高，其目的是防止H₂O₂分解．
（3）根據圖象可知，pH≤2時ClO₂被還原為Cl^-，所以該反應的離子方程式是2ClO₂+5S^2-+8H⁺=2Cl^-+5S↓+4H₂O．
（4）根據ClO₂將CN^-氧化，生成了兩種無毒無害的氣體即二氧化碳和氮氣來書寫方程式并計算．

解答 解：（1）電解池中陽極失去電子，所以溶液中的氯離子在陽極失去電子，因此反應的電極反應式是Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，故答案為：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O；
（2）由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在，所以只能在酸性環境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發生氧化還原反應，所以X應該是硫酸；H₂O₂不穩定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過高，其目的是防止H₂O₂分解；
故答選：B；溫度過高H₂O₂將分解；
（3）根據圖象可知，pH≤2時ClO₂被還原為Cl^-，所以該反應的離子方程式是2ClO₂+5S^2-+8H⁺=2Cl^-+5S↓+4H₂O；
故答案為：2ClO₂+5S^2-+8H⁺=2Cl^-+5S↓+4H₂O；
（4）ClO₂將CN^-氧化，生成了兩種無毒無害的氣體即二氧化碳和氮氣，所以離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=2Cl^-+2CO₂+N₂↑；根據方程式1molCN^-離子消耗1mol二氧化氯，所以處理100m³這種污水，至少需要ClO₂為$\frac{100×10{\;}^{3}×a×1{0}^{-3}}{26}$mol=$\frac{100a}{26}$mol，故答案為：2ClO₂+2CN^-=2Cl^-+2CO₂+N₂↑；$\frac{100a}{26}$．

點評 本題以學生比較陌生的亞氯酸鈉制備為背景，以過氧化氫法制備亞氯酸鈉為主線，考查學生閱讀題目獲取信息的能力、對濃度概念的理解、對氧化還原反應相關知識的運用、有關實驗操作和簡單實驗設計能力考察以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力，題目有一定的難度．