Question

（2014屆上海市十三校高三測試化學試卷）
二氧化氯泡騰片，有效成分（ClO₂）是一種高效、安全的殺菌、消毒劑。
方法一：氯化鈉電解法是一種可靠的工業生產ClO₂氣體的方法。該法工藝原理如圖。其過程是將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉（NaClO₃）與鹽酸反應生成ClO₂。

（1）工藝中可利用的單質有__________（填化學式），發生器中生成ClO₂的化學方程式為_____________。
（2）此法的缺點主要是______________________________________。
方法二：最近，科學家又研究出了一種新的制備方法，纖維素還原法制ClO₂，其原理是：纖維素水解得到的最終產物X與NaClO₃反應生成ClO₂。
（3）配平方程式： □ （X） +□NaClO₃+□H₂SO₄→□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□______
若反應中產生4.48L（折算成標準狀況下）氣體，電子轉移________ 個。
（4）ClO₂和Cl₂均能將電鍍廢水中的CN^—氧化為無毒的物質，自身被還原為Cl^—。處理含CN^—相同量的電鍍廢水，所需Cl₂的物質的量是ClO₂的_______倍。
方法三：實驗室常用氯酸鈉(NaClO₃)和亞硫酸鈉(Na₂SO₃)用硫酸酸化，加熱制備二氧化氯，化學反應方程式為：2NaClO₃+Na₂SO₃＋H₂SO₄2ClO₂↑+2Na₂SO₄＋H₂O
（5）反應中的Na₂SO₃溶液中存在如下平衡：H₂OH⁺+OH^-和 ________________（用離子方程式表示）.
常溫下，0.1mol/L該溶液中離子濃度由大到小排列__________________（用離子符號表示）
（6）常溫下，已知NaHSO₃溶液呈酸性，在Na₂SO₃溶液中滴加稀鹽酸至中性時，溶質的主要成分有________________。（用化學式表示）

Answer 1

（1）H₂、Cl₂      2NaClO₃+ 4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+ 2NaCl + 2H₂O
（2）同時產生了大量的氯氣，不僅產率低，而且產品難以分離，同時很有可能造成環境污染；能耗較大等
（3）1C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄→24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄，   0.16N_A，
（4）2.5
（5）SO₃^2- +H₂OOH^-+HSO₃^-， HSO₃^- +H₂OOH^-+H₂SO₃；Na⁺   SO₃^2-  OH^- HSO₃^-   H ⁺
（6）NaHSO₃、Na₂SO_3、 NaCl、或（NaHSO₃、Na₂SO_3、 NaCl、SO_2、H₂SO₃）

（1）有工藝流程圖可以看出：在該工藝中可利用的單質有H₂、Cl₂ 。根據流程圖、質量守恒定律及電子守恒規律可得出在發生器中生成ClO₂的化學方程式為: 2NaClO₃+ 4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+ 2NaCl + 2H₂O
（2）由 制備原理和流程圖可知此法的缺點主要是會產生大量的Cl₂，消耗大量的電能，產物ClO₂和Cl₂不僅不容易分離，而且物質利用率低，很容易造成大氣污染。
（3）纖維素水解得到的最終產物X是葡萄糖C₆H₁₂O₆。它與NaClO₃在酸性條件下發生反應，根據質量守恒定律和電子守恒的知識可得方程式為1C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO ₄→24ClO₂↑+6CO₂↑ +18H₂O+ 12Na₂SO₄，由方程式可以看出每產生30mol的氣體，轉移電子24N_A。現在產生氣體顎物質的量為4.48L ÷22.4L/mol=0.2mol。所以轉移電子的物質的量為24N_A÷30×0.2="0.16" N_A
（4）處理含CN^—相同量的電鍍廢水，即轉移電子的物質的量相同。假設轉移電子2mol，則需要Cl₂的物質的量是1mol；需要ClO₂的物質的量為2÷=0.4mol。所以n(Cl₂): n(ClO₂)=1:0.4=2.5。
（5）反應中的Na₂SO₃溶液中存在如下平衡：H₂OH⁺+OH^-和SO₃^2-的水解平衡的兩種方程式。由于SO₃^2-是二元弱酸的酸根離子，因此存在兩步水解平衡SO₃^2- +H₂O OH^-+HSO₃^-， HSO₃^- +H₂O OH^-+H₂SO₃。Na₂SO₃=2Na⁺+ SO₃^2-；c(Na⁺)>c(SO₃^2-).SO₃^2-水解產生OH^-和HSO₃^-，HSO₃^-進一步水解還要消耗HSO₃^-，同時產生OH^-，因此c(OH^-)>c(HSO₃^-).在溶液中還存在水的電量平衡，所以c(HSO₃^-)>c(H⁺).在溶液中鹽水解的程度是很微弱的，所以c(SO₃^2-)> c(OH^-)。因此在該溶液中各種離子的濃度由大到小的順序為c(Na⁺)>c(SO₃^2-)> c(OH^-)>c(HSO₃^-)>c(H⁺)。
（6）在Na₂SO₃溶液中滴加稀鹽酸若恰好發生反應：Na₂SO₃+HCl=NaCl+NaHSO₃。則由于NaHSO₃溶液呈酸性。所以至中性時，n(HCl)<n(Na₂SO₃).產生溶液中含有的溶質有未反應的Na₂SO₃及反應生成的NaCl、NaHSO₃。溶質有Na₂SO₃、NaCl、NaHSO₃。也可能滴加HCl局部過量會產生SO₂、H₂SO₃溶解在該溶液中還含有SO₂和H₂SO₃。