Question

13．氯气是氯碱工业的主要产品之一，是一种常用的消毒剂，其消毒原理是与水反应生成了次氯酸（不稳定且有毒）：
Cl₂+H₂O?HCl+HClO  K=4.5×10^-4
（1）氯碱工业生产氯气的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑．
（2）使用氯气为自来水消毒可以有效地控制次氯酸的浓度，请结合平衡常数解释原因：由氯气与水反应的平衡常数可知，该反应的限度很小，生成的HClO浓度低，且随着HClO的消耗，平衡会不断正向移动，补充HClO．
（3）亚氯酸钠（NaClO₂）是一种新型的含氯消毒剂，利用过氧化氢和二氧化氯在碱性条件下生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：
Ⅰ．NaClO₂的溶解度随温度升高而增大；
Ⅱ．纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下较安全．
请回答：
①每生成1mol ClO₂需要SO₂的物质的量是0.5mol；
②吸收塔内发生反应的化学方程式为2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O；
③吸收塔的温度不能超过20℃，目的之一是防止H₂O₂分解．吸收塔排出的浊液经过滤，滤渣的主要成份是Na₂SO₄晶体．

Answer 1

分析 （1）电解饱和食盐水制备氯气；
（2）使用氯气为自来水消毒可以有效地控制次氯酸的浓度，因氯气与水的反应为可逆反应，反应限度小；
（3）由流程可知，溶解后，ClO₂发生器中目的是产生ClO₂，二氧化硫具有还原性，将ClO₃^-还原为ClO₂，自身被氧化为SO₄^2-，反应离子方程式为2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-；吸收塔内生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，Cl元素的化合价降低，被还原，则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．H₂O₂不稳定，温度过高，H₂O₂容易分解，吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是防止H₂O₂分解，吸收塔中应维持NaOH稍过量，以此来解答．

解答 解：（1）氯碱工业生产氯气的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
（2）使用氯气为自来水消毒可以有效地控制次氯酸的浓度，结合平衡常数解释原因为由氯气与水反应的平衡常数可知，该反应的限度很小，生成的HClO 浓度低，且随着HClO的消耗，平衡会不断正向移动，补充HClO，
故答案为：由氯气与水反应的平衡常数可知，该反应的限度很小，生成的HClO 浓度低，且随着HClO的消耗，平衡会不断正向移动，补充HClO；
（3）由流程可知，溶解后，ClO₂发生器中目的是产生ClO₂，二氧化硫具有还原性，将ClO₃^-还原为ClO₂，自身被氧化为SO₄^2-，反应离子方程式为2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-；吸收塔内生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，Cl元素的化合价降低，被还原，则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．
①由2SO₂+4ClO₃^-=4ClO₂+2SO₄^2-可知，每生成1mol ClO₂需要SO₂的物质的量是1mol×$\frac{2}{4}$=0.5 mol，故答案为：0.5mol；
②由上述分析可知，吸收塔内发生反应的化学方程式为2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O，故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH═2NaClO₂+O₂+2H₂O；
③吸收塔的温度不能超过20℃，目的之一是防止H₂O₂分解．吸收塔排出的浊液中含钠离子、硫酸根离子，经过滤，滤渣的主要成份是Na₂SO₄晶体，故答案为：Na₂SO₄晶体．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握氯碱工业及生产亚氯酸钠的工艺流程图为解答的关键，注意流程中发生的反应，侧重分析与实验能力的考查，题目难度不大．