Question

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）Ⅰ、Ⅲ中发生反应的还原剂分别是

 

、

 

（填化学式）．
（2）Ⅱ中反应的离子方程式是

 

．
（3）A的化学式是

 

，装置Ⅲ中A在

 

极区产生．
（4）ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备：5NaClO₂+4HCl═5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O．
①该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是

 

．
②研究表明：若反应开始时盐酸浓度越大，则气体产物中Cl₂的含量越大，运用氧化还原反应规律分析其原因是

 

．
（5）①NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl．取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别与足量FeSO₄溶液反应时，消耗Fe²⁺的物质的量相同，从电子守恒的角度解释其原因是

 

．
②ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明显的去除效果．某工厂污水中含CN^-，现用ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）根据反应Ⅰ、Ⅲ中发生的反应进行解答，还原剂是指有元素化合价的物质；
（2）根据C1O₂、双氧水、氢氧化钠、气体、NaClO₂、的性质分析解答；
（3）根据（1）的解答可知A为硫酸，为阳极放出的是氧气；
（4）①根据在反应物中，化合价降低的物质是氧化剂，化合价升高的物质是还原剂来分析解答；
②根据题干信息“研究表明：若反应开始时盐酸浓度越大，则气体产物中Cl₂的含量越大”结合①方程式进行分析解答；
（5）①NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl，方程式为3NaClO₂=2NaClO₃+NaCl，NaClO₂试样与足量FeSO₄溶液反应3ClO₂^-+12Fe²⁺+6H₂O=4Fe（OH）₃↓+3Cl^-+8Fe³⁺，运用氧化还原反应理论电子转移判断解答；
②ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，据此书写．

解答： 解：（1）由流程图可知反应Ⅰ，反应物为NaClO₃、Na₂SO₃、加入A溶液，产生C1O₂、Na₂SO₄溶液，反应离子方程式为2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，所以Na₂SO₃具有还原性是还原剂，将ClO₃^-还原为C1O₂；Ⅲ是离子隔膜电解池，从反应Ⅰ知该电解有酸生成、从Ⅲ知有碱生成，有两种气体生成，所以Ⅲ为电解硫酸钠本质是电解水，阴极2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以A为硫酸，为阳极放出氧气，水既是氧化剂，又是还原剂，故答案为：Na₂SO₃；H₂O；
（2）Ⅱ中反应根据流程信息可知，生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应中ClO₂是氧化剂，发生还原反应，H₂O₂是还原剂，发生氧化反应，根据电子转移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），所以反应方程式为：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂↑，离子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）Ⅲ为电解硫酸钠本质是电解水，阴极2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以A为硫酸，为阳极放出氧气，故答案为：H₂SO₄；阳；
（4）①5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O反应中，4NaClO₂→4ClO₂，+3价的氯元素化合价升高到+4价，所以NaClO₂是还原剂；1NaClO₂→1NaCl，+3价的氯元素的化合价降低到-1价，所以部分NaClO₂作氧化剂；所以该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4，故答案为：1：4；
②5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O反应中，ClO₂^-具有氧化性，ClO₂^-的氧化性随溶液的酸性和浓度的增大而增强，因此Cl^-被氧化得到Cl₂，根据研究表明：若反应开始时盐酸浓度越大，则气体产物中Cl₂的含量越大，故答案为：ClO₂^-的氧化性或Cl^-的还原性随溶液的酸性和浓度的增大而增强，因此Cl^-被氧化得到Cl₂；
（5）①NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl，Cl元素从+3价变为+5价和-1价，反应为3NaClO₂=2NaClO₃+NaCl，NaClO₂试样与足量FeSO₄溶液反应3ClO₂^-+12Fe²⁺+6H₂O=4Fe（OH）₃↓+3Cl^-+8Fe³⁺，最终得到Cl元素由+3价变为-1价，所以NaClO₂变质前后分别与Fe²⁺反应时，最终均得到等量NaCl，Cl元素均由+3价变为-1价，根据电子守恒，两个过程中得到的电子的物质的量相同，故答案为：NaClO₂变质前后分别与Fe²⁺反应时，最终均得到等量NaCl，Cl元素均由+3价变为-1价，根据电子守恒，两个过程中得到的电子的物质的量相同；
②ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，反应离子方程式为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，故答案为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-．

点评：本题考查生产NaClO₂的制备实验的工业设计，把握物质的性质熟练运用氧化还原反应为解答该题的关键，题目难度中等．