Question

11．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是一種高效、廣譜、安全的殺菌、消毒劑．制備ClO₂的方法有多種．

（1）纖維素還原法制ClO₂．其原理是：纖維素水解得到的最終產物A與NaClO₃反應生成ClO₂．完成反應的化學方程式：其流程如下：
□1C₆H₁₂O₆+□NaClO₃+□H₂SO₄═□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□12Na₂SO₄
（2）電解食鹽水制取ClO₂，其流程如圖1：
①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質．除雜操作時，往粗鹽水中加入試劑的順序依次為BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃（填化學式），充分反應后將沉淀一并濾去，再加入鹽酸．
②食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉（NaClO₃）與鹽酸在發(fā)生器中反應生成ClO₂，寫出發(fā)生器中生成ClO₂的化學方程式2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
③上述流程中，可循環(huán)利用的物質有NaCl、Cl₂；按照綠色化學原則，電解槽陰極產生的氣體與方框中物質的物質的量之比為6：5時，原子的利用率為100%．
（3）實驗室以NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料制備ClO₂的流程下如圖2：
已知：（I）A氣體在標準狀況下的密度為0.089g/L；
（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍．
①電解時，發(fā)生反應的化學方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃．
②NCl₃與NaClO₂（亞氯酸鈉）按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂，該反應的離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

Answer 1

分析 （1）纖維素水解得到的最終產物A為葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素從+5價降到+4價，葡萄糖中碳從0價升到+4價，根據元素守恒和電荷守恒配平方程式；
（2）①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，用鋇離子除去硫酸根離子，用氫氧根除去鎂離子，用碳酸根除去鈣離子，同時注意除雜是示能引入新的雜質，據此判斷加入試劑的順序；
②根據氧化還原反應化合價升降規(guī)律，NaClO₃與鹽酸反應生成ClO₂的同時會生成氯氣，據此寫出化學方程式；
③根據圖1流程可知，電解氯化鈉溶液生成NaClO₃的同時有氫氣產生，被充適量的氯氣后，氫氣和氯氣合成氯化氫，氯化氫再與NaClO₃反應得ClO₂，所以氯化鈉和氯氣都是流程中的原料，據此判斷可循環(huán)利用的物質，電解槽陰極產生的氣體應為氫氣，方框中物質應為氯氣，根據元素守恒可確定它們的物質的量之比；
（3）A氣體在標準狀況下的密度為0.089g/L，則A氣體為氫氣，（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，則B為氨氣，
①根據流程可知，電解時反應物為氯化銨和鹽酸，生成物為氫氣和NCl₃，據此書寫化學方程式；
②NCl₃與NaClO₂按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；

解答 解：（1）纖維素水解得到的最終產物A為葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素從+5價降到+4價，葡萄糖中碳從0價升到+4價，反應的化學方程式為1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
故答案為：1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄；
（2）①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，用鋇離子除去硫酸根離子，用氫氧根除去鎂離子，用碳酸根除去鈣離子，同時注意除雜是示能引入新的雜質，碳酸根離子要放在最后加入，所以加入試劑的順序為BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃，
故答案為：BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃；
②根據氧化還原反應化合價升降規(guī)律，NaClO₃與鹽酸反應生成ClO₂的同時會生成氯氣，反應的化學方程式為2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O；
③根據圖1流程可知，電解氯化鈉溶液生成NaClO₃的同時有氫氣產生，被充適量的氯氣后，氫氣和氯氣合成氯化氫，氯化氫再與NaClO₃反應得ClO₂，所以氯化鈉和氯氣都是流程中的原料，結合電解槽和ClO₂發(fā)生器中產物可知，可循環(huán)利用的物質是NaCl、Cl₂，電解槽陰極產生的氣體應為氫氣，方框中物質應為氯氣，根據根據反應NaCl+3H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₃+3H₂及反應2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，可知反應中產生的H₂、Cl₂的物質的量之比為6：1，而反應中H₂、Cl₂的物質的量之比為1：1，要使原子的利用率為100%，則產生的H₂和要補充的氯氣的物質的量之比為6：5，
故答案為：NaCl、Cl₂；6：5；
（3）A氣體在標準狀況下的密度為0.089g/L，則A氣體為氫氣，（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，則B為氨氣，
①根據流程可知，電解時反應物為氯化銨和鹽酸，生成物為氫氣和NCl₃，所以化學方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃，
故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃；
②NCl₃與NaClO₂按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂，根據電荷守恒和元素守恒可知其離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
故答案為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

點評 本題考查氧化還原反應、常用化學用語、電解原理、化學計算等，題目難度中等，電解反應是難點、易錯點，是對學生綜合能力的考查，需要學生具有扎實的基礎與分析解決問題的能力．