Question

10．氯氣及許多含氯化合物均具有強氧化性．
（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中反應的離子方程式為SO₃^2-+2ClO₃^-+H⁺=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中發(fā)生反應的氧化劑與還原劑的物質的量之比為2：1．
②n是陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜，電解池左側內發(fā)生的電極反應為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，溶質的物質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一淀粉溶液變藍色，該反應的離子方程式為2ClO₂+10I^-+8H⁺=4H₂O+5I₂+2Cl^-．某自來水廠原來處理10000t的水需要使用2.24aLC1₂（標準狀況），改用ClO₂后，處理同品質等量的水并達到相同的處理效果時，所需ClO₂的質量為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，可知氣體a為O₂，該極為陽極，OH^-放電．
①氯酸根離子具有強氧化性，亞硫酸根離子具有還原性，兩者反應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，氧化還原反應中得到電子的反應物為氧化劑，失去電子的反應物為還原劑，據(jù)此求算Ⅱ中發(fā)生反應的氧化劑與還原劑的物質的量之比；
②I中氯酸鈉、亞硫酸鈉和稀硫酸反應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生成NaClO₂和氧氣，氣體a為O₂，該極為陽極，電解池左側內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生成硫酸和鹽酸；氯氣和氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，據(jù)此分析使溶液中c（HClO）增大的物質；
②電解質溶液：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)同質量結合化合價的變化計算．

解答 解：（1）①氯酸根離子具有強氧化性，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中反應的方程式為H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，反應中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，可知氣體a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，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，但不與次氯酸反應，故b正確；
c．SO₂氣體和氯水反應：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生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，反應為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消耗氯氣物質的量為0.1amol，轉移0.2amol電子，處理同品質等量的水并達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，轉移5mol電子，轉移0.2amol電子，需ClO₂的質量$\frac{2}{5}$×0.1a×67.5g/mol=2.7a，
故答案為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=4H₂O+5I₂+2Cl^-；2.7a．

點評 本題考查氧化還原、電解、弱電解質電離、鹽類水解等知識，題目難度中等，本題注意把握物質的性質，從質量守恒的角度以及氧化還原反應的特點判斷生成物為解答該題的關鍵，也是易錯點．