Question

5．二氧化氯（ClO₂）是一種黃綠色、易溶于水的氣體，是高效、低毒的消毒劑，制備ClO₂的方法有多種．
（1）工業(yè)上可用纖維素水解得到的最終產(chǎn)物A與NaClO₃反應(yīng)生成ClO₂，其反應(yīng)原理如下：
A+NaClO₃+H₂SO₄→ClO₂↑+CO₂↑+H₂O+NaSO₄，該反應(yīng)的還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比為1：24．
（2）實(shí)驗(yàn)室用NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料，通過以下過程制備ClO₂；

①電解時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑．
②溶液X中大量存在的陰離子有Cl^-、OH^-．
③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是c（填標(biāo)號(hào)）．
a．水b．堿石灰c．濃硫酸d．飽和食鹽水
（3）目前已發(fā)出電解法制取ClO₂的新工藝．

①用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂（如圖所示），寫出陽極產(chǎn)生的ClO₂的電極反應(yīng)式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②電解一段時(shí)間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，停止電解、通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.01mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因：在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大．
③已知常溫下K_sp（AgCl）=1.8×10^-10，K_sp（AgBr）=5×10^-13，用1LNaCl溶液將0.01molAgBr完全轉(zhuǎn)化為AgCl，則c（NaCl）的最小濃度為_3.61mol•L^-1（保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）纖維素為多糖，水解最終產(chǎn)物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價(jià)，降低1價(jià)，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價(jià)為0，到+4價(jià)，升高4價(jià)，然后配平得到，氧化劑是化合價(jià)降低元素所在的反應(yīng)物，化合價(jià)升高元素所在的反應(yīng)物是還原劑；
（2）（2）由生產(chǎn)流程可知氯化銨在鹽酸溶液中進(jìn)行電解，陰極生成氫氣，陽極生成NCl₃，電解方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑，在NCl₃溶液中加入NaClO₂，可生成ClO₂、NH₃和X，X中含Cl^-、OH^-，
①由生產(chǎn)流程可知氯化銨在鹽酸溶液中進(jìn)行電解，陰極生成氫氣，陽極生成NCl₃，電解方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；
②在NCl₃溶液中加入NaClO₂，可生成ClO₂、NH₃和X，X中含Cl^-、OH^-；
③由信息可知，ClO₂易溶于水，所以不能利用水溶液吸收，氨氣為堿性氣體，利用性質(zhì)差異分離提純；
（3）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽離子的物質(zhì)的量；電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)；
③用1L NaCl溶液將0.01 mol AgBr轉(zhuǎn)化為AgCl，則溶液中Br^-濃度變?yōu)?.01mol/L，根據(jù)K_sp（AgBr）計(jì)算銀離子的濃度，再根據(jù)K_sp（AgCl）計(jì)算c（Cl^-）．

解答 解：（1）纖維素為多糖，水解最終產(chǎn)物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價(jià)，降低1價(jià)，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價(jià)為0，到+4價(jià)，升高4價(jià)，則配平后的化學(xué)方程式為C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄=24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄，氧化劑是NaClO₃，還原劑是C₆H₁₂O₆，反應(yīng)的還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比為1：24，故答案為：1：24；
（2）①由生產(chǎn)流程可知氯化銨在鹽酸溶液中電解，陰極生成氫氣，陽極生成NCl₃，電解方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑，
故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；
②在NCl₃溶液中加入NaClO₂，可生成ClO₂、NH₃和X，發(fā)生NCl₃+NaClO₂+H₂O→ClO₂+NH₃+NaOH+NaCl，溶液X中大量存在的陰離子有Cl^-、OH^-，
故答案為：Cl^-、OH^-；
③a．ClO₂易溶于水，不能利用水吸收氨，故a錯(cuò)誤；
b．堿石灰不能吸收氨氣，故b錯(cuò)誤；
c．濃硫酸可以吸收氨氣，且不影響ClO₂，故c正確；
d．ClO₂易溶于水，不能利用飽和食鹽水吸收氨氣，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c；
（3）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大；
③用1L NaCl溶液將0.01 mol AgBr轉(zhuǎn)化為AgCl，則溶液中Br^-濃度變?yōu)?.01mol/L，則c（Ag⁺）=$\frac{Ksp（AgBr）}{c（B{r}^{-}）}$=$\frac{5×1{0}^{-13}}{0.01}$=5×10^-11mol/L，則c（Cl^-）=$\frac{1.8×1{0}^{-10}}{5×1{0}^{-11}}$=3.6 mol/L，所以c（NaCl）≥3.61 mol/L，故答案為：3.61．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)含量的測(cè)定，為高頻考點(diǎn)，為2015年高考真題選編，把握物質(zhì)的性質(zhì)、制備流程、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的綜合考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．