Question

12．亞氯酸鈉（NaClO₂）在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在，是一種強(qiáng)氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)．ClO₂是為一種黃綠色氣體，是國(guó)際公認(rèn)的高效、安全的漂白和消毒劑． NaClO₂生產(chǎn)的主要流程（圖1）和電解法制備ClO₂的新工藝（圖2）如下：
 
（1）反應(yīng)Ⅰ中的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1．
（2）溶液A由圖2電解制得，A的化學(xué)式為NaOH；反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（3）利用圖2裝置，用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂，ClO₂在a極（填“a極”或“b極”）生成，其電極反應(yīng)式為Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺．
（4）ClO₂對(duì)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^-650mg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂（標(biāo)況）56000 L．

Answer 1

分析 由NaClO₂生產(chǎn)的主要流程（圖1）可知，反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)物為NaClO₃、Na₂SO₃、硫酸，反應(yīng)產(chǎn)生ClO₂、Na₂SO₄溶液，反應(yīng)離子方程式為2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價(jià)降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應(yīng)中ClO₂是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，H₂O₂是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），由圖2鈉離子向陰極移動(dòng)，b為陰極，氫離子在陰極放電生成氫氣，同時(shí)生成A為NaOH，發(fā)生反應(yīng)為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；
圖2裝置，用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂，Cl失去電子被氧化，應(yīng)在陽(yáng)極上生成；ClO₂將CN^-氧化，離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，根據(jù)方程式計(jì)算需要ClO₂的物質(zhì)的量，然后結(jié)合V=nVm計(jì)算．

解答 解：（1）I中發(fā)生2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Cl元素的化合價(jià)降低，S元素的化合價(jià)升高，則氧化劑為NaClO₃，還原劑為Na₂SO₃，由反應(yīng)可知氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，故答案為：2：1；
（2）由圖2鈉離子向陰極移動(dòng)，b為陰極，氫離子在陰極放電生成氫氣，同時(shí)生成A為NaOH，Ⅱ中生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價(jià)降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應(yīng)中ClO₂是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，H₂O₂是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），發(fā)生反應(yīng)為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑，離子反應(yīng)為2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，
故答案為：NaOH；2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）Cl失去電子被氧化，應(yīng)在陽(yáng)極上生成，由（2）可知，b為陰極，a為陽(yáng)極，電極反應(yīng)為Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺，故答案為：a極；Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺；  
（4）100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100×10³×m³×650mg/m³=65×10⁶ mg=65×10³g，CN^-的物質(zhì)的量為$\frac{65×1{0}^{3}g}{26g/mol}$=2.5×10³mol，由2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量為2.5×10³mol，其標(biāo)況下體積為2.5×10³mol×22.4L/mol=56000L，故答案為：56000．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中的反應(yīng)、電解原理及應(yīng)用等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用及計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．