Question

工業上利用含有一定濃度的I₂和CuSO₄溶液的工業廢水制備飼料添加劑Ca(IO₃)₂,其生產流程如下：

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）“還原”過程中主要反應的化學方程式為：2Na₂S₂O₃＋I₂ =       ＋ 2NaI。 
（2）在還原過程還伴隨有CuI生成，寫出加入Na₂S的離子反應方程式                          。
（3）在氧化過程中先加入H₂O₂再加入濃硝酸，而不直接加入濃硝酸的目的是                     。
（4）加入的石灰乳在溶液中反應而得到Ca(IO₃)₂，則要調節pH至     （填“酸性” 或“中性”或“堿性”），原因是                                                              。
（5）Ca(IO₃)₂也可用電化學氧化法制取：先充分電解KI溶液，然后在電解后的溶液中加入CaCl₂，最后過濾得到Ca(IO₃)₂。寫出電解時陽極發生的電極反應方程式                           ,用該方法制取Ca(IO₃)₂，每1kg碘化鉀理論上可生產純度為97.8%Ca(IO₃)₂的質量為              ____kg（計算結果保留3位有效數字）。 

Answer 1

（1） Na₂S₄O₆   （2分） 
（2）2CuI(s)+S^2—=Cu₂S(s)+2I^—  （3分） 
（3）減少氧化過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，故要中和過量的酸；在堿性溶液中，會混有微溶的Ca(OH)₂造成產品不純。 (2分) 
（5）3H₂O+I^— -6e^—=IO₃^—+6H⁺    (3分) ；  1.20（2分）

試題分析： （1）該過程稱之為還原過程，可以肯定發生了氧化還原反應，所以根據方程式中的I的化合價降低可以知道，Na₂S₂O₃ 的中S的化合價升高，再根據Na、O原子守恒可以配平該方程式為2Na₂S₂O₃＋I₂ = Na₂S₄O₆＋ 2NaI，還可以根據寫出的化學方程式用電子得失配平驗證。此處的難點關鍵在于缺項物質為中學階段沒接觸過的連四硫酸鈉，所以可能會出現想不到或是不敢寫的情況，只要大膽利用所學的原則配平就可以了。
（2）還原過程中已經說明有沉淀CuI生成了，所以加入Na₂S還會發生反應，則應該是通過已知條件中的沉淀溶解平衡常數進行比較得出結論，比較之下Cu₂S比 CuI更加難溶，所以此時會發生沉淀轉化，所以發生的反應方程式書寫要按照沉淀溶解平衡的格式書寫，方程式為2CuI(s)+S^2—(aq)=Cu₂S(s)+2I^—(aq)。
（3）氧化步驟加入的H₂O₂ 和濃硝酸起到氧化的目的，但是濃硝酸參與的反應容易產生氮氧化物污染環境，所以先加入過氧化氫。由于氧化性順序HNO₃＞IO₃^—＞H₂O₂ ，所以加入的過氧化氫只能把I^-氧化為IO₃^- ，要使I₂繼續被氧化為IO₃^- ，還需要再加入濃硝酸，使濃硝酸反應更加完全，從而減少過程中氮氧化物的污染。
（4）加入石灰乳目的是反應得到Ca(IO₃)₂ ，且通過操作可以看出反應后要使Ca(IO₃)₂ 盡可能多得以晶體形式析出，而Ca(IO₃)₂溶于硝酸，所以必須調節pH值把過量的硝酸中和掉，且加入的石灰乳不能過量，過量則會混入石灰乳沉淀雜質，所以應該調節pH至中性。
（5）用KI溶液電解制備Ca(IO₃)₂ 溶液，則I-需要發生氧化反應在陽極放電生成IO3-，電解液是非堿性的，所以根據O原子守恒，IO₃^—中的O一定來源于H₂O中，從而生成了H⁺，所以電極反應式為：3H₂O+I^— -6e^—=IO₃^—+6H⁺ ；計算碘化鉀的質量可以采用I原子守恒計算，所以有1/2n(KI)= n(Ca(IO₃)₂)=1000/166mol，m產品=M(Ca(IO₃)₂)×n(Ca(IO₃)₂)÷97.8%=390g/mol×1000/166mol÷97.8%≈1200g=1.20kg。