题目

题型：不详难度：来源：

（2014届上海市十三校高三测试化学试卷）
二氧化氯泡腾片，有效成分（ClO₂）是一种高效、安全的***菌、消毒剂。
方法一：氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO₂气体的方法。该法工艺原理如图。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸反应生成ClO₂。

（1）工艺中可利用的单质有__________（填化学式），发生器中生成ClO₂的化学方程式为_____________。
（2）此法的缺点主要是______________________________________。
方法二：最近，科学家又研究出了一种新的制备方法，纤维素还原法制ClO₂，其原理是：纤维素水解得到的最终产物X与NaClO₃反应生成ClO₂。
（3）配平方程式： □ （X） +□NaClO₃+□H₂SO₄→□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□______
若反应中产生4.48L（折算成标准状况下）气体，电子转移________ 个。
（4）ClO₂和Cl₂均能将电镀废水中的CN^—氧化为无毒的物质，自身被还原为Cl^—。处理含CN^—相同量的电镀废水，所需Cl₂的物质的量是ClO₂的_______倍。
方法三：实验室常用氯酸钠(NaClO₃)和亚硫酸钠(Na₂SO₃)用硫酸酸化，加热制备二氧化氯，化学反应方程式为：2NaClO₃+Na₂SO₃＋H₂SO₄2ClO₂↑+2Na₂SO₄＋H₂O
（5）反应中的Na₂SO₃溶液中存在如下平衡：H₂OH⁺+OH^-和 ________________（用离子方程式表示）.
常温下，0.1mol/L该溶液中离子浓度由大到小排列__________________（用离子符号表示）
（6）常温下，已知NaHSO₃溶液呈酸性，在Na₂SO₃溶液中滴加稀盐酸至中性时，溶质的主要成分有________________。（用化学式表示）

答案

（1）H₂、Cl₂      2NaClO₃+ 4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+ 2NaCl + 2H₂O
（2）同时产生了大量的氯气，不仅产率低，而且产品难以分离，同时很有可能造成环境污染；能耗较大等
（3）1C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄→24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄，   0.16N_A，
（4）2.5
（5）SO₃^2- +H₂OOH^-+HSO₃^-， HSO₃^- +H₂OOH^-+H₂SO₃；Na⁺   SO₃^2-  OH^- HSO₃^-   H ⁺
（6）NaHSO₃、Na₂SO_3、 NaCl、或（NaHSO₃、Na₂SO_3、 NaCl、SO_2、H₂SO₃）

解析

（1）有工艺流程图可以看出：在该工艺中可利用的单质有H₂、Cl₂ 。根据流程图、质量守恒定律及电子守恒规律可得出在发生器中生成ClO₂的化学方程式为: 2NaClO₃+ 4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+ 2NaCl + 2H₂O
（2）由 制备原理和流程图可知此法的缺点主要是会产生大量的Cl₂，消耗大量的电能，产物ClO₂和Cl₂不仅不容易分离，而且物质利用率低，很容易造成大气污染。
（3）纤维素水解得到的最终产物X是葡萄糖C₆H₁₂O₆。它与NaClO₃在酸性条件下发生反应，根据质量守恒定律和电子守恒的知识可得方程式为1C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO ₄→24ClO₂↑+6CO₂↑ +18H₂O+ 12Na₂SO₄，由方程式可以看出每产生30mol的气体，转移电子24N_A。现在产生气体颚物质的量为4.48L ÷22.4L/mol=0.2mol。所以转移电子的物质的量为24N_A÷30×0.2="0.16" N_A
（4）处理含CN^—相同量的电镀废水，即转移电子的物质的量相同。假设转移电子2mol，则需要Cl₂的物质的量是1mol；需要ClO₂的物质的量为2÷=0.4mol。所以n(Cl₂): n(ClO₂)=1:0.4=2.5。
（5）反应中的Na₂SO₃溶液中存在如下平衡：H₂OH⁺+OH^-和SO₃^2-的水解平衡的两种方程式。由于SO₃^2-是二元弱酸的酸根离子，因此存在两步水解平衡SO₃^2- +H₂O OH^-+HSO₃^-， HSO₃^- +H₂O OH^-+H₂SO₃。Na₂SO₃=2Na⁺+ SO₃^2-；c(Na⁺)>c(SO₃^2-).SO₃^2-水解产生OH^-和HSO₃^-，HSO₃^-进一步水解还要消耗HSO₃^-，同时产生OH^-，因此c(OH^-)>c(HSO₃^-).在溶液中还存在水的电量平衡，所以c(HSO₃^-)>c(H⁺).在溶液中盐水解的程度是很微弱的，所以c(SO₃^2-)> c(OH^-)。因此在该溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为c(Na⁺)>c(SO₃^2-)> c(OH^-)>c(HSO₃^-)>c(H⁺)。
（6）在Na₂SO₃溶液中滴加稀盐酸若恰好发生反应：Na₂SO₃+HCl=NaCl+NaHSO₃。则由于NaHSO₃溶液呈酸性。所以至中性时，n(HCl)<n(Na₂SO₃).产生溶液中含有的溶质有未反应的Na₂SO₃及反应生成的NaCl、NaHSO₃。溶质有Na₂SO₃、NaCl、NaHSO₃。也可能滴加HCl局部过量会产生SO₂、H₂SO₃溶解在该溶液中还含有SO₂和H₂SO₃。