Question

【題目】二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)均具有強(qiáng)氧化性，可用于水處理。ClO2是一種易溶于水的黃綠色氣體，其體積分?jǐn)?shù)超過10%時(shí)易引起爆炸；O3是一種微溶于水的藍(lán)色氣體，其體積分?jǐn)?shù)超過25%時(shí)容易引起爆炸。

（1）以FeS2作還原劑，在硫酸介質(zhì)中還原NaClO3制備ClO2，同時(shí)得到Fe2(SO4)3、Na2SO4，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________。

（2）以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質(zhì)中還原NaClO3制備ClO2，并將制得的ClO2處理含CN－廢水。實(shí)驗(yàn)室模擬該過程的實(shí)驗(yàn)裝置(夾持裝置略)如圖1所示。

①反應(yīng)容器B應(yīng)置于30 ℃左右的水浴中，目的是__________________________________。

②通入氮?dú)獾哪康某�了有利于�?/span>ClO2排出，還有_________________________________。

③ClO2處理含CN－廢水的離子方程式為_______________________________________。

④裝置D的作用是________________________________。

（3）某科研機(jī)構(gòu)經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，利用O3、KCl和工業(yè)廢渣(主要成分為NaNO3和NaNO2)制得KNO3，相關(guān)工藝參數(shù)如圖2和圖3[濃縮蒸發(fā)水量＝]。

請選擇最佳實(shí)驗(yàn)方案，參與完成他們的制備：將100 g廢渣加入80 mL熱水中，充分?jǐn)嚢瑁?/span>__________________________________________，在50 ℃恒溫水浴鍋中充分反應(yīng)后，過濾，__________________________，趁熱過濾，________________________， 過濾得KNO3粗品，再重結(jié)晶提純得到KNO3。(需使用的試劑及用量：60 L 0.008 g/L O3 和80 g KCl固體)

Answer 1

【答案】2FeS2 ＋30NaClO3＋14H2SO4===30ClO2↑ ＋Fe2(SO4)3＋15Na2SO4＋14H2O 提高化學(xué)反應(yīng)速率，同時(shí)防止H2O2受熱分解(或答：高于30 ℃會(huì)導(dǎo)致H2O2分解，低于30 ℃會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率較低) 稀釋ClO2，防止其發(fā)生爆炸 2CN－ ＋2ClO2===2CO2＋N2＋2Cl－ 吸收ClO2等氣體，防止污染大氣 通入60 L 0.008 g·L－1O3充分反應(yīng)，再加入80 g KCl固體充分反應(yīng) 然后將溶液濃縮蒸發(fā)水量25% 將濾液冷卻到10 ℃結(jié)晶

【解析】

(1)FeS2中+2價(jià)鐵元素被氧化為Fe3+，-1價(jià)硫元素被氧化為SO42-，NaClO3中+5價(jià)氯元素被還原為+4價(jià)氯的ClO2。再根據(jù)化合價(jià)升降守恒和元素守恒配平。

(2)以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質(zhì)中還原NaClO3制備ClO2的原理是：H2O2+2NaClO3+H2SO4=O2↑+2ClO2↑+Na2SO4+2H2O，ClO2處理含CN－廢水的原理為：2CN－ ＋2ClO2===2CO2＋N2＋2Cl－。①H2O2作為反應(yīng)物要防止其受熱分解，但是溫度太低反應(yīng)又太慢，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。②氮?dú)夂芊�(wěn)定，通入氮?dú)鈴娜芤褐汹s出ClO2，氮?dú)庀♂屃?/span>ClO2氣體，防止ClO2濃度過高發(fā)生爆炸。③ClO2具有較強(qiáng)氧化性，被還原為Cl-；CN-具有較強(qiáng)還原性，+2價(jià)碳元素被氧化為CO2，-3價(jià)氮元素被氧化為N2，由此寫離子方程式。④裝置D吸收尾氣中的ClO2等污染大氣的氣體。

(3)本試驗(yàn)以工業(yè)廢渣(主要成分為NaNO3和NaNO2)為原料，用O3將NaNO2氧化為NaNO3，用KCl固體提供K+，利用NaNO3和KNO3的溶解度隨溫度變化的差異，通過重結(jié)晶的方法來制取KNO3。由圖2知濃縮蒸發(fā)水量在小于25%時(shí)KNO3的產(chǎn)率和純度都較低，濃縮蒸發(fā)水量大于25%時(shí)KNO3的產(chǎn)率和純度都有所降低，所以選擇濃縮蒸發(fā)水量為25%較合適。由圖3知冷卻結(jié)晶溫度高于10℃時(shí)KNO3的產(chǎn)率迅速減小，冷卻溫度低于10℃時(shí)KNO3的純度太低，所以冷卻結(jié)晶溫度應(yīng)選擇10℃。

(1) FeS2中+2價(jià)鐵元素被氧化為Fe3+，-1價(jià)硫元素被氧化為SO42-，NaClO3中+5價(jià)氯元素被還原為+4價(jià)ClO2。根據(jù)化合價(jià)升降守恒和元素守恒配平，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2FeS2 ＋30NaClO3＋14H2SO4===30ClO2↑ ＋Fe2(SO4)3＋15Na2SO4＋14H2O。

(2)以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質(zhì)中還原NaClO3制備ClO2的原理是：H2O2+2NaClO3+H2SO4=O2↑+2ClO2↑+Na2SO4+2H2O。

①H2O2作為反應(yīng)物要防止其受熱分解，但是溫度太低反應(yīng)又太慢，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。②氮?dú)夂芊�(wěn)定，通入氮?dú)鈴娜芤褐汹s出ClO2，氮?dú)庀♂屃?/span>ClO2氣體，防止ClO2濃度過高發(fā)生爆炸。③ClO2具有較強(qiáng)氧化性，被還原為Cl-；CN-具有較強(qiáng)還原性，+2價(jià)碳元素被氧化為CO2，-3價(jià)氮元素被氧化為N2，由此寫離子方程式。④裝置D吸收尾氣中的ClO2等污染大氣的氣體。