Question

工业上利用含有一定浓度的I₂和CuSO₄溶液的工业废水制备饲料添加剂Ca(IO₃)₂,其生产流程如下：

已知：Ca(IO₃)₂微溶于水,溶于硝酸；Ksp(CuI)=1.1×10^-12, Ksp(Cu₂S)=2.5×10^-48；
氧化性: HNO₃＞IO₃^—＞H₂O₂ 
（1）“还原”过程中主要反应的化学方程式为：2Na₂S₂O₃＋I₂ =       ＋ 2NaI。 
（2）在还原过程还伴随有CuI生成，写出加入Na₂S的离子反应方程式                          。
（3）在氧化过程中先加入H₂O₂再加入浓硝酸，而不直接加入浓硝酸的目的是                     。
（4）加入的石灰乳在溶液中反应而得到Ca(IO₃)₂，则要调节pH至     （填“酸性” 或“中性”或“碱性”），原因是                                                              。
（5）Ca(IO₃)₂也可用电化学氧化法制取：先充分电解KI溶液，然后在电解后的溶液中加入CaCl₂，最后过滤得到Ca(IO₃)₂。写出电解时阳极发生的电极反应方程式                           ,用该方法制取Ca(IO₃)₂，每1kg碘化钾理论上可生产纯度为97.8%Ca(IO₃)₂的质量为              ____kg（计算结果保留3位有效数字）。 

Answer 1

（1） Na₂S₄O₆   （2分） 
（2）2CuI(s)+S^2—=Cu₂S(s)+2I^—  （3分） 
（3）减少氧化过程中生成的氮的氧化物的污染  (2分) 
（4）中性 （2分）Ca(IO₃)₂在硝酸溶液中溶解，故要中和过量的酸；在碱性溶液中，会混有微溶的Ca(OH)₂造成产品不纯。 (2分) 
（5）3H₂O+I^— -6e^—=IO₃^—+6H⁺    (3分) ；  1.20（2分）

试题分析： （1）该过程称之为还原过程，可以肯定发生了氧化还原反应，所以根据方程式中的I的化合价降低可以知道，Na₂S₂O₃ 的中S的化合价升高，再根据Na、O原子守恒可以配平该方程式为2Na₂S₂O₃＋I₂ = Na₂S₄O₆＋ 2NaI，还可以根据写出的化学方程式用电子得失配平验证。此处的难点关键在于缺项物质为中学阶段没接触过的连四硫酸钠，所以可能会出现想不到或是不敢写的情况，只要大胆利用所学的原则配平就可以了。
（2）还原过程中已经说明有沉淀CuI生成了，所以加入Na₂S还会发生反应，则应该是通过已知条件中的沉淀溶解平衡常数进行比较得出结论，比较之下Cu₂S比 CuI更加难溶，所以此时会发生沉淀转化，所以发生的反应方程式书写要按照沉淀溶解平衡的格式书写，方程式为2CuI(s)+S^2—(aq)=Cu₂S(s)+2I^—(aq)。
（3）氧化步骤加入的H₂O₂ 和浓硝酸起到氧化的目的，但是浓硝酸参与的反应容易产生氮氧化物污染环境，所以先加入过氧化氢。由于氧化性顺序HNO₃＞IO₃^—＞H₂O₂ ，所以加入的过氧化氢只能把I^-氧化为IO₃^- ，要使I₂继续被氧化为IO₃^- ，还需要再加入浓硝酸，使浓硝酸反应更加完全，从而减少过程中氮氧化物的污染。
（4）加入石灰乳目的是反应得到Ca(IO₃)₂ ，且通过操作可以看出反应后要使Ca(IO₃)₂ 尽可能多得以晶体形式析出，而Ca(IO₃)₂溶于硝酸，所以必须调节pH值把过量的硝酸中和掉，且加入的石灰乳不能过量，过量则会混入石灰乳沉淀杂质，所以应该调节pH至中性。
（5）用KI溶液电解制备Ca(IO₃)₂ 溶液，则I-需要发生氧化反应在阳极放电生成IO3-，电解液是非碱性的，所以根据O原子守恒，IO₃^—中的O一定来源于H₂O中，从而生成了H⁺，所以电极反应式为：3H₂O+I^— -6e^—=IO₃^—+6H⁺ ；计算碘化钾的质量可以采用I原子守恒计算，所以有1/2n(KI)= n(Ca(IO₃)₂)=1000/166mol，m产品=M(Ca(IO₃)₂)×n(Ca(IO₃)₂)÷97.8%=390g/mol×1000/166mol÷97.8%≈1200g=1.20kg。