Question

11．二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂．制备ClO₂的方法有多种．

（1）纤维素还原法制ClO₂．其原理是：纤维素水解得到的最终产物A与NaClO₃反应生成ClO₂．完成反应的化学方程式：其流程如下：
□1C₆H₁₂O₆+□NaClO₃+□H₂SO₄═□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□12Na₂SO₄
（2）电解食盐水制取ClO₂，其流程如图1：
①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质．除杂操作时，往粗盐水中加入试剂的顺序依次为BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃（填化学式），充分反应后将沉淀一并滤去，再加入盐酸．
②食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸在发生器中反应生成ClO₂，写出发生器中生成ClO₂的化学方程式2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
③上述流程中，可循环利用的物质有NaCl、Cl₂；按照绿色化学原则，电解槽阴极产生的气体与方框中物质的物质的量之比为6：5时，原子的利用率为100%．
（3）实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程下如图2：
已知：（I）A气体在标准状况下的密度为0.089g/L；
（Ⅱ）气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
①电解时，发生反应的化学方程式为NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃．
②NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1：6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

Answer 1

分析 （1）纤维素水解得到的最终产物A为葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素从+5价降到+4价，葡萄糖中碳从0价升到+4价，根据元素守恒和电荷守恒配平方程式；
（2）①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，用钡离子除去硫酸根离子，用氢氧根除去镁离子，用碳酸根除去钙离子，同时注意除杂是示能引入新的杂质，据此判断加入试剂的顺序；
②根据氧化还原反应化合价升降规律，NaClO₃与盐酸反应生成ClO₂的同时会生成氯气，据此写出化学方程式；
③根据图1流程可知，电解氯化钠溶液生成NaClO₃的同时有氢气产生，被充适量的氯气后，氢气和氯气合成氯化氢，氯化氢再与NaClO₃反应得ClO₂，所以氯化钠和氯气都是流程中的原料，据此判断可循环利用的物质，电解槽阴极产生的气体应为氢气，方框中物质应为氯气，根据元素守恒可确定它们的物质的量之比；
（3）A气体在标准状况下的密度为0.089g/L，则A气体为氢气，（Ⅱ）气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则B为氨气，
①根据流程可知，电解时反应物为氯化铵和盐酸，生成物为氢气和NCl₃，据此书写化学方程式；
②NCl₃与NaClO₂按物质的量之比为1：6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；

解答 解：（1）纤维素水解得到的最终产物A为葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素从+5价降到+4价，葡萄糖中碳从0价升到+4价，反应的化学方程式为1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
故答案为：1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄；
（2）①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，用钡离子除去硫酸根离子，用氢氧根除去镁离子，用碳酸根除去钙离子，同时注意除杂是示能引入新的杂质，碳酸根离子要放在最后加入，所以加入试剂的顺序为BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃，
故答案为：BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃；
②根据氧化还原反应化合价升降规律，NaClO₃与盐酸反应生成ClO₂的同时会生成氯气，反应的化学方程式为2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O；
③根据图1流程可知，电解氯化钠溶液生成NaClO₃的同时有氢气产生，被充适量的氯气后，氢气和氯气合成氯化氢，氯化氢再与NaClO₃反应得ClO₂，所以氯化钠和氯气都是流程中的原料，结合电解槽和ClO₂发生器中产物可知，可循环利用的物质是NaCl、Cl₂，电解槽阴极产生的气体应为氢气，方框中物质应为氯气，根据根据反应NaCl+3H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₃+3H₂及反应2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，可知反应中产生的H₂、Cl₂的物质的量之比为6：1，而反应中H₂、Cl₂的物质的量之比为1：1，要使原子的利用率为100%，则产生的H₂和要补充的氯气的物质的量之比为6：5，
故答案为：NaCl、Cl₂；6：5；
（3）A气体在标准状况下的密度为0.089g/L，则A气体为氢气，（Ⅱ）气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则B为氨气，
①根据流程可知，电解时反应物为氯化铵和盐酸，生成物为氢气和NCl₃，所以化学方程式为NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃，
故答案为：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃；
②NCl₃与NaClO₂按物质的量之比为1：6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
故答案为：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

点评 本题考查氧化还原反应、常用化学用语、电解原理、化学计算等，题目难度中等，电解反应是难点、易错点，是对学生综合能力的考查，需要学生具有扎实的基础与分析解决问题的能力．