Question

13．氯氣是氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一，是一種常用的消毒劑，其消毒原理是與水反應生成了次氯酸（不穩(wěn)定且有毒）：
Cl₂+H₂O?HCl+HClO  K=4.5×10^-4
（1）氯堿工業(yè)生產(chǎn)氯氣的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
（2）使用氯氣為自來水消毒可以有效地控制次氯酸的濃度，請結合平衡常數(shù)解釋原因：由氯氣與水反應的平衡常數(shù)可知，該反應的限度很小，生成的HClO濃度低，且隨著HClO的消耗，平衡會不斷正向移動，補充HClO．
（3）亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種新型的含氯消毒劑，利用過氧化氫和二氧化氯在堿性條件下生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖：

已知：
Ⅰ．NaClO₂的溶解度隨溫度升高而增大；
Ⅱ．純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下較安全．
請回答：
①每生成1mol ClO₂需要SO₂的物質(zhì)的量是0.5mol；
②吸收塔內(nèi)發(fā)生反應的化學方程式為2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O；
③吸收塔的溫度不能超過20℃，目的之一是防止H₂O₂分解．吸收塔排出的濁液經(jīng)過濾，濾渣的主要成份是Na₂SO₄晶體．

Answer 1

分析 （1）電解飽和食鹽水制備氯氣；
（2）使用氯氣為自來水消毒可以有效地控制次氯酸的濃度，因氯氣與水的反應為可逆反應，反應限度�。�
（3）由流程可知，溶解后，ClO₂發(fā)生器中目的是產(chǎn)生ClO₂，二氧化硫具有還原性，將ClO₃^-還原為ClO₂，自身被氧化為SO₄^2-，反應離子方程式為2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-；吸收塔內(nèi)生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，Cl元素的化合價降低，被還原，則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．H₂O₂不穩(wěn)定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能超過20℃，其目的是防止H₂O₂分解，吸收塔中應維持NaOH稍過量，以此來解答．

解答 解：（1）氯堿工業(yè)生產(chǎn)氯氣的化學方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（2）使用氯氣為自來水消毒可以有效地控制次氯酸的濃度，結合平衡常數(shù)解釋原因為由氯氣與水反應的平衡常數(shù)可知，該反應的限度很小，生成的HClO 濃度低，且隨著HClO的消耗，平衡會不斷正向移動，補充HClO，
故答案為：由氯氣與水反應的平衡常數(shù)可知，該反應的限度很小，生成的HClO 濃度低，且隨著HClO的消耗，平衡會不斷正向移動，補充HClO；
（3）由流程可知，溶解后，ClO₂發(fā)生器中目的是產(chǎn)生ClO₂，二氧化硫具有還原性，將ClO₃^-還原為ClO₂，自身被氧化為SO₄^2-，反應離子方程式為2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-；吸收塔內(nèi)生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，Cl元素的化合價降低，被還原，則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．
①由2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-可知，每生成1mol ClO₂需要SO₂的物質(zhì)的量是1mol×$\frac{2}{4}$=0.5 mol，故答案為：0.5mol；
②由上述分析可知，吸收塔內(nèi)發(fā)生反應的化學方程式為2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O，故答案為：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O；
③吸收塔的溫度不能超過20℃，目的之一是防止H₂O₂分解．吸收塔排出的濁液中含鈉離子、硫酸根離子，經(jīng)過濾，濾渣的主要成份是Na₂SO₄晶體，故答案為：Na₂SO₄晶體．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握氯堿工業(yè)及生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖為解答的關鍵，注意流程中發(fā)生的反應，側重分析與實驗能力的考查，題目難度不大．