Question

氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品。下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)。

完成下列填空：

（1）寫(xiě)出電解飽和食鹽水的離子方程式。                              

（2）離子交換膜的作用為：                   、                      。

（3）精制飽和食鹽水從圖中       位置補(bǔ)充，氫氧化鈉溶液從圖中        位置流出。（選填“a”、“b”、“c”或“d”）

（4）KClO₃可以和草酸（H₂C₂O₄）、硫酸反應(yīng)生成高效的消毒殺菌劑ClO₂，還生成CO₂和KHSO₄等物質(zhì)。

寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式                          。

（5）室溫下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH           0.1 mol/L Na₂SO₃溶液的pH。（選填“大于”、“小于”或“等于”）。濃度均為0.1 mol/L 的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2–、CO₃^2–、HSO₃^–、HCO₃^– 濃度從大到小的順序?yàn)?u>                                         。

已知：  H₂SO₃        K_i1=1.54×10^-2        K_i2=1.02×10^-7

        HClO        K_i1=2.95×10^-8

        H₂CO₃        K_i1=4.3×10^-7     K_i2=5.6×10^-11

Answer 1

【答案】（1） 2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－。

（2）阻止OH^-進(jìn)入陽(yáng)極室，與Cl₂發(fā)生副反應(yīng)：2NaOH+Cl₂=NaCl+NaClO+H₂O；阻止陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl₂和陰極產(chǎn)生的H₂混合發(fā)生爆炸。

（3）a；d；

（4）2KClO₃+ H₂C₂O₄+ 2H₂SO₄= 2ClO₂+2CO₂+2KHSO₄+2H₂O.

（5）大于；SO₃^2–>CO₃^2–>HCO₃^–>HSO₃^–。

【解析】

（1）電解飽和食鹽水時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子H+在陰極得到電子變?yōu)镠₂逸出，使附近的水溶液顯堿性，溶液中的陰離子Cl^-在陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。產(chǎn)生Cl₂。反應(yīng)的離子方程式是2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－。

（2）圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子通，是陽(yáng)離子交換膜，可以允許陽(yáng)離子通過(guò)，不能使陰離子通過(guò)，這樣就可以阻止陰極溶液中的OH^-進(jìn)入陽(yáng)極室，與氯氣發(fā)生反應(yīng)，阻止Cl^-進(jìn)入陰極室，使在陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH純度更高。同時(shí)可以阻止陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl₂和陰極產(chǎn)生的H₂混合發(fā)生爆炸。

（3）隨著電解的進(jìn)行，溶質(zhì)NaCl不斷消耗，所以應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充。精制飽和食鹽水從與陽(yáng)極連接的圖中a位置補(bǔ)充，由于陰極H⁺不斷放電，附近的溶液顯堿性，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出；水不斷消耗，所以從b口不斷加入蒸餾水，從c位置流出的是稀的NaCl溶液。

（4）KClO₃有氧化性，H₂C₂O₄有還原性，在酸性條件下KClO₃可以和草酸（H₂C₂O₄）生成高效的消毒殺菌劑ClO₂，還生成CO₂和KHSO₄等物質(zhì)。則根據(jù)電子守恒及原子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2KClO₃+ H₂C₂O₄+ 2H₂SO₄= 2ClO₂+2CO₂+2KHSO₄+2H₂O.

（5）NaClO、Na₂SO₃都是強(qiáng)堿弱酸鹽，弱酸根離子發(fā)生水解反應(yīng)，消耗水電離產(chǎn)生的H⁺，破壞了水的電離平衡，當(dāng)最終達(dá)到平衡時(shí)，溶液中c(OH^-)>c(H⁺)，所以溶液顯堿性。形成鹽的酸越弱，鹽水解程度就越大。消耗的離子濃度越大，當(dāng)溶液達(dá)到平衡時(shí)，剩余的離子濃度就越小。由于H₂SO₃的K_i2=1.02×10^-7；HClO的K_i1=2.95×10^-8，所以酸性：HSO₃^->HClO，因此溶液的pH: NaClO> Na₂SO₃。由于電離程度：H₂SO₃> H₂CO₃>HSO₃^->HCO₃^-，濃度均為0.1 mol/L 的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，水解程度：CO₃^2–>SO₃^2–，所以離子濃度：SO₃^2–>CO₃^2–；水解產(chǎn)生的離子濃度：HCO₃^- > HSO₃^-。但是鹽水解程度總的來(lái)說(shuō)很小，主要以鹽電離產(chǎn)生的離子存在。所以在該溶液中SO₃^2–、CO₃^2–、HSO₃^–、HCO₃^– 濃度從大到小的順序?yàn)镾O₃^2–>CO₃^2–>HCO₃^–>HSO₃^–。

【考點(diǎn)定位】考查電解原理的應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、電離平衡常數(shù)在比較離子濃度大小的應(yīng)用的知識(shí)。

【名師點(diǎn)睛】氧化還原反應(yīng)、電解原理、弱電解質(zhì)的電離平衡理論、鹽的水解、離子濃度大小比較是中學(xué)化學(xué)中的重要知識(shí)和理論，要掌握其反應(yīng)原理、規(guī)律、方法、比較依據(jù)，再結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行正確的判斷，得到相應(yīng)的答案。