Question

2．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业．它在碱性环境中稳定存在．某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下．

（1）Ⅱ中反应的离子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（2）A的化学式是H₂SO₄，装置Ⅲ中A在阳极区产生．
（3）ClO₂是种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备．写出该制备反应的化学方程式5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O．
（4）工业以CH₃OH与NaClO₂为原料在酸性条件下制取ClO₂，同时产生CO₂气体，已知该反应分为两步进行，第一步为2ClO₂^-+2Cl^-+4H⁺=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
①写出第二步反应的离子方程式CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺．
②工业生产时需在反应物中加少量Cl^-，其作用是催化剂．
③生产中会发生副反应ClO₂^-+Cl^-+H⁺=Cl₂↑+H₂O（未配平），若测得反应后的混合气体中Cl₂的体积分数为$\frac{3}{52}$，测起始投料时CH₃OH与NaClO₂的物质的量之比为7：43．

Answer 1

分析 由流程图可知，电解饱和氯化钠反应得到NaClO₃，气体b为还原产物为H₂，I中NaClO₃、Na₂SO₃、加入A溶液，反应生成Na₂SO₄、C1O₂，反应离子方程式为2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅲ是离子隔膜电解池，反应有酸、碱及有两种气体生成，所以Ⅲ为电解硫酸钠本质是电解水，A为硫酸，a为氧气，C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气．
（1）C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气，配平书写离子方程式；
（2）水放电生成氧气与氢离子，发生氧化反应，硫酸在阳极生成；
（3）亚氯酸钠和稀盐酸反应生成ClO₂、NaCl与水；
（4）①由题目信息可知，氯气为中间产物，第二步是氯气与甲醇反应生成二氧化碳与HCl，发生反应：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②Cl^-参与反应但反应前后没有变化，故为催化剂，起催化作用；
③发生反应为：I．CH₃OH+6ClO₃^-+6H⁺=CO₂↑+6ClO₂↑+5H₂O、Ⅱ．ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，假设反应后混合气体的物质的量为52mol，则n（Cl₂）=3mol，由反应I可得混合气体中n（ClO₂）=6n（CO₂），进而计算各自物质的量，结合方程式计算．

解答 解：由流程图可知，电解饱和氯化钠反应得到NaClO₃，气体b为还原产物为H₂，I中NaClO₃、Na₂SO₃、加入A溶液，反应生成Na₂SO₄、C1O₂，反应离子方程式为2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅲ是离子隔膜电解池，反应有酸、碱及有两种气体生成，所以Ⅲ为电解硫酸钠本质是电解水，A为硫酸，a为氧气，C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气．
（1）C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气，离子方程式为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，
故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（2）由上述分析可知，A为H₂SO₄，水放电生成氧气与氢离子，发生氧化反应，硫酸在阳极生成，
故答案为：H₂SO₄；阳；
（3）亚氯酸钠和稀盐酸反应生成ClO₂、NaCl与水，反应方程式为：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O，
故答案为：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O；
（4）①由题目信息可知，氯气为中间产物，第二步是氯气与甲醇反应生成二氧化碳与HCl，发生反应：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②Cl^-参与反应但反应前后没有变化，故为催化剂，起催化作用，
故答案为：催化剂；
③发生的反应方程式为：
Ⅰ．CH₃OH+6ClO₃^-+6H⁺=CO₂↑+6ClO₂↑+5H₂O
Ⅱ．ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O
假设反应后混合气体的物质的量为52mol，则n（Cl₂）=3mol，
由反应Ⅰ可得混合气体中n（ClO₂）=6n（CO₂），则n（CO₂）=（52mol-3mol）×$\frac{1}{7}$=7mol，n（ClO₂）=7mol×6=42mol，则n（CH₃OH）=n（CO₂）=7mol，反应I中n（ClO₃^-）=42mol，
由反应Ⅱ，可知得该反应的n（ClO₃^-）=1mol，
所以n（CH₃OH）：n（ClO₃^-）=7mol：（42+1）nol=7：43，
故答案为：7：43．

点评 本题考查物质制备实验方案，明确化学工艺流程是解题关键，涉及电解原理、氧化还原反应方程式的书写、计算等内容，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，题目难度中等．