Question

7．二氧化氯（ClO₂）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂．
（1）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO₂方法．
①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质．某次除杂操作时，往粗盐水中    先加入过量的BaCl₂（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na₂CO₃和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去．经检测发现滤液中仍含有一定量的SO₄^2-，其原因是BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s）[已知：K_sp（BaSO₄）=1.1×10-¹⁰、K_sp（BaCO₃）=5.1×10-⁹]．
②该法工艺原理示意图如下．其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸反应生成ClO₂．工艺中可以利用的单质有H₂、Cl₂（填化学式），发生器中生成ClO₂的化学方程式为2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O．
（2）纤维素还原法制ClO₂是一种新方法，其原理是：纤维素水解得到的最终产物D与NaClO₃反应生成ClO₂．完成反应的化学方程式：
□1C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄═□ClO₂↑+□CO₂↑+18H₂O+□12Na₂SO₄
（3）ClO₂和Cl₂均能将电镀废水中的CN^-氧化为无毒的物质，自身被还原为Cl^-．处理含CN^-相同量的电镀废水，所需Cl₂的物质的量是ClO₂的2.5倍．

Answer 1

分析 （1）①在除杂的过程中每步加入的试剂必须是过量的，使离子除尽；过量的离子在下一步中必须出去，故先加入BaCl₂，除去硫酸根，过量的钡离子，加入Na₂CO₃除去．根据提供的Ksp数据，在后面加入碳酸钠时，发生BaSO₄（s）+CO₃^2- （aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2- （aq）；
②电解饱和食盐水生成H₂、Cl₂和NaOH；故可以利用的单质为H₂、Cl₂，合成HCl，根据流程图可知加入物质为NaClO₃和HCl，生成ClO₂；可以写出方程式，并用化合价升降法配平得到；
（2）纤维素为多糖，水解最终产物为葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有还原性，可将NaClO₃还原得到ClO₂．Cl从+5到+4价，降低1价，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均价为0，到+4价，升高4价，然后配平得到；
（3）每摩尔Cl₂得到2mol电子，而每摩尔ClO₂得到5mol电子，故为2.5倍．

解答 解：（1）①加入过量的Na₂CO₃和NaOH，可分别除去Ca²⁺、Mg²⁺，在除杂的过程中每步加入的试剂必须是过量的，使离子除尽；过量的离子在下一步中必须出去，故先加入BaCl₂，除去硫酸根，过量的钡离子，加入Na₂CO₃除去．BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，发生BaSO₄（s）+CO₃^2- （aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2- （aq），BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s），
故答案为：BaCl₂；BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s）；
②电解饱和食盐水生成H₂、Cl₂和NaOH；故可以利用的单质为H₂、Cl₂，合成HCl，根据流程图可知加入物质为NaClO₃和HCl，生成ClO₂；发生氧化还原反应，NaClO₃被还原生成ClO₂，HCl被氧化生成Cl₂，同时生成水，反应的化学方程式为2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O，
故答案为：H₂、Cl₂；2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O；
（2）纤维素为多糖，水解最终产物为葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有还原性，可将NaClO₃还原得到ClO₂．Cl从+5到+4价，降低1价，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均价为0，到+4价，升高4价，则配平后的化学方程式为 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
故答案为：1；C₆H₁₂O₆；24；6；12Na₂SO₄；
（3）每摩尔Cl₂得到2mol电子，而每摩尔ClO₂得到5mol电子，则所需Cl₂的物质的量是ClO₂的2.5倍，故答案为：2.5．

点评 本题考查混合物分离提纯实验，为高频考点，涉及氧化还原反应相关概念、配平及计算，化学实验基本方法（除杂）等相关知识，题目难度中等，注意把握物质的分离、提纯操作方法．