Question

2．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)．它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在．某同學查閱資料后設(shè)計生產(chǎn)NaClO₂的主要流程如下．

（1）Ⅱ中反應(yīng)的離子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（2）A的化學式是H₂SO₄，裝置Ⅲ中A在陽極區(qū)產(chǎn)生．
（3）ClO₂是種高效水處理劑，可用亞氯酸鈉和稀鹽酸為原料制備．寫出該制備反應(yīng)的化學方程式5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O．
（4）工業(yè)以CH₃OH與NaClO₂為原料在酸性條件下制取ClO₂，同時產(chǎn)生CO₂氣體，已知該反應(yīng)分為兩步進行，第一步為2ClO₂^-+2Cl^-+4H⁺=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
①寫出第二步反應(yīng)的離子方程式CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺．
②工業(yè)生產(chǎn)時需在反應(yīng)物中加少量Cl^-，其作用是催化劑．
③生產(chǎn)中會發(fā)生副反應(yīng)ClO₂^-+Cl^-+H⁺=Cl₂↑+H₂O（未配平），若測得反應(yīng)后的混合氣體中Cl₂的體積分數(shù)為$\frac{3}{52}$，測起始投料時CH₃OH與NaClO₂的物質(zhì)的量之比為7：43．

Answer 1

分析 由流程圖可知，電解飽和氯化鈉反應(yīng)得到NaClO₃，氣體b為還原產(chǎn)物為H₂，I中NaClO₃、Na₂SO₃、加入A溶液，反應(yīng)生成Na₂SO₄、C1O₂，反應(yīng)離子方程式為2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅲ是離子隔膜電解池，反應(yīng)有酸、堿及有兩種氣體生成，所以Ⅲ為電解硫酸鈉本質(zhì)是電解水，A為硫酸，a為氧氣，C1O₂與過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣．
（1）C1O₂與過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，配平書寫離子方程式；
（2）水放電生成氧氣與氫離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，硫酸在陽極生成；
（3）亞氯酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)生成ClO₂、NaCl與水；
（4）①由題目信息可知，氯氣為中間產(chǎn)物，第二步是氯氣與甲醇反應(yīng)生成二氧化碳與HCl，發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②Cl^-參與反應(yīng)但反應(yīng)前后沒有變化，故為催化劑，起催化作用；
③發(fā)生反應(yīng)為：I．CH₃OH+6ClO₃^-+6H⁺=CO₂↑+6ClO₂↑+5H₂O、Ⅱ．ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，假設(shè)反應(yīng)后混合氣體的物質(zhì)的量為52mol，則n（Cl₂）=3mol，由反應(yīng)I可得混合氣體中n（ClO₂）=6n（CO₂），進而計算各自物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計算．

解答 解：由流程圖可知，電解飽和氯化鈉反應(yīng)得到NaClO₃，氣體b為還原產(chǎn)物為H₂，I中NaClO₃、Na₂SO₃、加入A溶液，反應(yīng)生成Na₂SO₄、C1O₂，反應(yīng)離子方程式為2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅲ是離子隔膜電解池，反應(yīng)有酸、堿及有兩種氣體生成，所以Ⅲ為電解硫酸鈉本質(zhì)是電解水，A為硫酸，a為氧氣，C1O₂與過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣．
（1）C1O₂與過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，離子方程式為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，
故答案為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（2）由上述分析可知，A為H₂SO₄，水放電生成氧氣與氫離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，硫酸在陽極生成，
故答案為：H₂SO₄；陽；
（3）亞氯酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)生成ClO₂、NaCl與水，反應(yīng)方程式為：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O，
故答案為：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O；
（4）①由題目信息可知，氯氣為中間產(chǎn)物，第二步是氯氣與甲醇反應(yīng)生成二氧化碳與HCl，發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②Cl^-參與反應(yīng)但反應(yīng)前后沒有變化，故為催化劑，起催化作用，
故答案為：催化劑；
③發(fā)生的反應(yīng)方程式為：
Ⅰ．CH₃OH+6ClO₃^-+6H⁺=CO₂↑+6ClO₂↑+5H₂O
Ⅱ．ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O
假設(shè)反應(yīng)后混合氣體的物質(zhì)的量為52mol，則n（Cl₂）=3mol，
由反應(yīng)Ⅰ可得混合氣體中n（ClO₂）=6n（CO₂），則n（CO₂）=（52mol-3mol）×$\frac{1}{7}$=7mol，n（ClO₂）=7mol×6=42mol，則n（CH₃OH）=n（CO₂）=7mol，反應(yīng)I中n（ClO₃^-）=42mol，
由反應(yīng)Ⅱ，可知得該反應(yīng)的n（ClO₃^-）=1mol，
所以n（CH₃OH）：n（ClO₃^-）=7mol：（42+1）nol=7：43，
故答案為：7：43．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案，明確化學工藝流程是解題關(guān)鍵，涉及電解原理、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫、計算等內(nèi)容，側(cè)重于學生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力的考查，題目難度中等．