Question

10．氯氣及許多含氯化合物均具有強(qiáng)氧化性．
（l）亞氯酸鈉有多種生產(chǎn)方法，如圖是其生產(chǎn)流程之一[圖中的離子隔膜分別為只允許陰（陽）離子通過的陰（陽）離子隔膜]．

①I中反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2-+2ClO₃^-+H⁺=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1．
②n是陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜，電解池左側(cè)內(nèi)發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）．
（2）已知常溫下碳酸的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11，次氯酸的電離常數(shù)為K=3.0×10^-8．
①向氯水中加入（或通入）適量的b后可使溶液中c（HClO）增大．
a．Na₂CO₃固體    b．NaHCO₃ 固體     c．SO₂氣體      d．NaOH固體
②pH相同的Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液、NaClO溶液中，溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序為c（NaHCO₃）＞C（NaClO）＞c（Na₂CO₃）．
（3）ClO₂是一種新型的水消毒劑．在酸性條件下，ClO₂能使KI一淀粉溶液變藍(lán)色，該反應(yīng)的離子方程式為2ClO₂+10I^-+8H⁺=4H₂O+5I₂+2Cl^-．某自來水廠原來處理10000t的水需要使用2.24aLC1₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），改用ClO₂后，處理同品質(zhì)等量的水并達(dá)到相同的處理效果時，所需ClO₂的質(zhì)量為2.7ag．

Answer 1

分析 （l）根據(jù)工藝流程圖I中氯酸鈉、亞硫酸鈉和稀硫酸反應(yīng)生成二氧化氯和硫酸鈉：SO₃^2-+2ClO₃^-+H⁺=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中發(fā)生二氧化氯與雙氧水在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂+2H₂O，用有離子隔膜的電解槽電解Na₂SO₄溶液，可知?dú)怏wa為O₂，該極為陽極，OH^-放電．
①氯酸根離子具有強(qiáng)氧化性，亞硫酸根離子具有還原性，兩者反應(yīng)生成硫酸根離子和二氧化氯氣體，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒書寫，氧化還原反應(yīng)中得到電子的反應(yīng)物為氧化劑，失去電子的反應(yīng)物為還原劑，據(jù)此求算Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
②I中氯酸鈉、亞硫酸鈉和稀硫酸反應(yīng)生成二氧化氯和硫酸鈉，Ⅱ中發(fā)生二氧化氯與雙氧水在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，氣體a為O₂，該極為陽極，電解池左側(cè)內(nèi)氫氧根離子放電生成氧氣；
（2）①電離常數(shù)越大，電離程度越大，根據(jù)碳酸的電離常數(shù)以及次氯酸的電離常數(shù)比較可知，碳酸的二級電離常數(shù)小于次氯酸的電離常數(shù)，碳酸的二級電離小于次氯酸的酸性，二氧化硫和氯水反應(yīng)生成硫酸和鹽酸；氯氣和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，據(jù)此分析使溶液中c（HClO）增大的物質(zhì)；
②電解質(zhì)溶液：Na₂CO₃ 溶液中碳酸根離子水解顯堿性，NaHCO₃ 溶液中碳酸氫根離子水解顯堿性，NaClO溶液中醋酸根離子水解顯堿性，依據(jù)電離常數(shù)判斷陰離子水解程度分析；
（3）二氧化氯具有氧化性，碘離子具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原，生成碘單質(zhì)和氯離子，根據(jù)得失電子守恒書寫離子方程式，ClO₂和Cl₂一樣，在消毒時氯元素最終都變?yōu)镃l^-，根據(jù)同質(zhì)量結(jié)合化合價的變化計算．

解答 解：（1）①氯酸根離子具有強(qiáng)氧化性，亞硫酸根離子具有還原性，根據(jù)圖示可知產(chǎn)物有ClO₂，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)化合價變化為：S（+4→+6），ClO₃^-（+5→+4），最小公倍數(shù)為2，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒離子方程式為：SO₃^2-+2ClO₃^-+H⁺=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中反應(yīng)的方程式為H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，反應(yīng)中Cl元素的化合價降低，則ClO₂為氧化劑，H₂O₂為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為n（ClO₂）：n（H₂O₂）=2：1，
故答案為：SO₃^2-+2ClO₃^-+H⁺=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O；2：1；
②Ⅱ中發(fā)生二氧化氯與雙氧水在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂+2H₂O，用有離子隔膜的電解槽電解Na₂SO₄溶液，可知?dú)怏wa為O₂，該極為陽極，OH^-放電4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑），
故答案為：陽；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）；
（2）①常溫下碳酸的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11，次氯酸的電離常數(shù)為K=3.0×10^-8．碳酸的二級電離常數(shù)小于次氯酸的電離常數(shù)，碳酸氫根的酸性小于次氯酸的酸性，氯水中：Cl₂+H₂O?HCl+HClO．
a．碳酸的一級電離大于次氯酸，Na₂CO₃固體能與鹽酸、次氯酸能反應(yīng)，故a錯誤；
b．碳酸氫根的酸性小于次氯酸的酸性，NaHCO₃ 固體與鹽酸反應(yīng)，但不與次氯酸反應(yīng)，故b正確；
c．SO₂氣體和氯水反應(yīng)：SO₂+Cl₂+2H₂O═2HCl+H₂SO₄，不能使c（HClO）增大，故c錯誤；
d．氯氣和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應(yīng)為Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，不能使c（HClO）增大，故d錯誤；
故答案為：b；
 ②碳酸的電離常數(shù)為K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11，次氯酸的電離常數(shù)為K=3.0×10^-8．酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-＞CO₃^2-，所以碳酸鈉的水解程度大于碳酸氫鈉，大于NaClO，次氯酸鈉水解程度大于碳酸氫鈉，所以pH相同時，其物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是c（NaHCO₃）＞C（NaClO）＞c（Na₂CO₃），
故答案為：c（NaHCO₃）＞C（NaClO）＞c（Na₂CO₃）；
（3）二氧化氯具有氧化性，碘離子具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原，離子方程式為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=4H₂O+5I₂+2Cl^-，ClO₂和Cl₂一樣，在消毒時氯元素最終都變?yōu)镃l^-，2.24aLC1₂消耗氯氣物質(zhì)的量為0.1amol，轉(zhuǎn)移0.2amol電子，處理同品質(zhì)等量的水并達(dá)到相同的處理效果時，得失電子相等，消耗二氧化氯1mol，元素化合價由+4價變?yōu)?1價，轉(zhuǎn)移5mol電子，轉(zhuǎn)移0.2amol電子，需ClO₂的質(zhì)量$\frac{2}{5}$×0.1a×67.5g/mol=2.7a，
故答案為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=4H₂O+5I₂+2Cl^-；2.7a．

點(diǎn)評 本題考查氧化還原、電解、弱電解質(zhì)電離、鹽類水解等知識，題目難度中等，本題注意把握物質(zhì)的性質(zhì)，從質(zhì)量守恒的角度以及氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)判斷生成物為解答該題的關(guān)鍵，也是易錯點(diǎn)．