Question

【題目】亞氯酸鈉(NaClO2)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)。它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在。某同學(xué)查閱資料后設(shè)計(jì)生產(chǎn)NaClO2的主要流程如下：

（1）Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的還原劑是____ (填化學(xué)式)。

（2）Ⅱ中反應(yīng)的離子方程式是____。

（3）Ⅲ中離子隔膜電解池的裝置如下：

①A的化學(xué)式是________，A在____口產(chǎn)生。

②m為____ (填“陰”或“陽”)離子交換膜。

③結(jié)合化學(xué)用語和文字說明解釋NaOH產(chǎn)生的原因：________

（4）ClO2是一種高效水處理劑，可用亞氯酸鈉和稀鹽酸為原料制備：5NaClO2＋4HCl=5NaCl＋4ClO2↑＋2H2O

①該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是____。

②研究表明：若反應(yīng)開始時(shí)鹽酸濃度越大，則氣體產(chǎn)物中Cl2的含量越大，運(yùn)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律分析其原因是____。

（5）NaClO2變質(zhì)可分解為NaClO3和NaCl。取等質(zhì)量變質(zhì)前后的NaClO2試樣均配成溶液，分別與足量FeSO4溶液反應(yīng)時(shí)，消耗Fe2＋的物質(zhì)的量前者____ (填“>”“<”或“＝”)后者。

Answer 1

【答案】Na2SO3 2ClO2＋H2O2＋2OH－=2ClO2-＋O2↑＋2H2O H2SO4 e 陰 陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，反應(yīng)室中的Na＋透過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室，和陰極區(qū)產(chǎn)生的OH－生成NaOH 1∶4 ClO2-的氧化性或Cl－的還原性隨溶液的酸性和濃度的增大而增強(qiáng)，因此Cl－被氧化得Cl2 ＝

【解析】

硫酸鈉溶液通入離子隔膜電解池中，ClO2和雙氧水在II中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO2和氣體a，該反應(yīng)中Cl元素化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?/span>+3價(jià)，則O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)，所以生成的氣體a是O2，離子反應(yīng)方程式為2ClO2+H2O2+2OH-=2 ClO2-+O2↑+2H2O；III中發(fā)生電解，根據(jù)圖知，生成氫氧化鈉，陰極上生成氫氣同時(shí)陰極附近生成NaOH，所以生成的氣體b是H2；陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以a是O2，同時(shí)生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性條件下，I中NaClO2、Na2SO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)方程式為2ClO3-+2H++SO32-=2ClO2↑+SO42-+H2O。

(1)由圖得到Ⅰ中將亞硫酸鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，S的化合價(jià)由＋4升高為＋6，所以還原劑為亞硫酸鈉；

(2)Ⅱ中進(jìn)入的ClO2轉(zhuǎn)化為NaClO2化合價(jià)降低，所以是H2O2中的－1價(jià)的氧化合價(jià)升高為0價(jià)O2，方程式為：2ClO2＋H2O2＋2OH－=2ClO2-＋O2↑＋2H2O；

(3)Ⅲ中離子隔膜電解池，中間加入硫酸鈉溶液，其中陰離子硫酸根離子向陽極移動，所以m是陰離子交換膜。陽極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，氫離子濃度增加，結(jié)合穿過m的硫酸根離子得到硫酸，即X為氧氣，e為硫酸，加入的g為稀硫酸(主要是為了使溶液導(dǎo)電)。對應(yīng)的n為陽離子交換膜，以保證鈉離子能向陰極移動，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成的氫氧根結(jié)合鈉離子得到氫氧化鈉，所以Y為氫氣，Z為氫氧化鈉溶液，加入的f為稀氫氧化鈉溶液(主要為了使溶液導(dǎo)電)。結(jié)合如上信息得到：

①A的化學(xué)式是H2SO4，A在e口產(chǎn)生；

②m為陰離子交換膜；

③NaOH產(chǎn)生的原因：陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成的氫氧根結(jié)合鈉離子得到氫氧化鈉；

(4)①根據(jù)相同元素的相同價(jià)態(tài)一定直接轉(zhuǎn)化的原理，生成物中的NaCl一定來自反應(yīng)物的鹽酸，NaCl有5個，HCl只有4個，所以有1個NaCl來自NaClO2，另外4個NaClO2轉(zhuǎn)化為ClO2，所以氧化劑為1個NaClO2，還原劑為4個NaClO2，所以該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶4；

②若反應(yīng)開始時(shí)鹽酸濃度越大，則氣體產(chǎn)物中Cl2的含量越大，說明使用濃鹽酸時(shí)，會被NaClO2氧化為Cl2，即隨著鹽酸濃度增大，NaClO2的氧化性增強(qiáng)，或者鹽酸的還原性增強(qiáng)；

(5)無論NaClO2是否變質(zhì)，最后氧化亞鐵離子的時(shí)候，都是將亞鐵離子氧化為鐵離子，Cl最終都是轉(zhuǎn)化為Cl－，變質(zhì)的反應(yīng)為3NaClO2=2NaClO3＋NaCl，則3molNaClO2轉(zhuǎn)化為2 mol NaClO3，這2 mol NaClO3得電子為2×6e－＝12 mol電子。如果不變質(zhì)，3 mol NaClO2得電子為：3×4e－＝12 mol電子，所以NaClO2變質(zhì)前后能得到的電子實(shí)際是一樣的，能氧化的亞鐵離子是相同的。