Question

4．碘是合成碘化物的基本原料．空气吹出法从卤水中提碘的流程如下．

（1）“氧化”时Cl₂过量会将I₂氧化为HIO₃，写出该反应的化学方程式5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl．
（2）“吹出”在吹出塔中进行，含碘卤水从塔顶（填“塔顶”或“塔底”）进入，热空气从塔底（填“塔顶”或“塔底”）进入，原因为热空气密度小，且气体与溶液逆向接触，有利于提高吹出率．
（3）吸收塔应选择耐酸材料，原因是反应生成HI和H₂SO₄两种强酸．
（4）从“氧化”所得含碘卤水中提取碘还可以采用加CCl₄的方法，该分离方法为萃取；为进一步分离I₂和CCl₄，向其中加入NaOH溶液与I₂反应，生成的I^-、IO₃^-进入水溶液；分液后再酸化，即得粗碘．加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物质的量之比为5：1．
（5）H₂O₂也能发生与Cl₂类似的反应，若先用H₂O₂将卤水中的I^-氧化为IO₃^-，再将其与卤水按一定比例混合、酸化制取粗碘．处理含I^-为254mg/L的卤水1m³，理论上需20%的H₂O₂170g．

Answer 1

分析 卤水中碘和氯气发生氧化还原反应生成HCl和HIO₃，反应物的接触时间越长，反应越充分，所以含碘卤水应该从塔顶加入，热空气从塔底加入，向剩余液体中加入二氧化硫和水，发生氧化还原反应生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯气，氯气将HI氧化生成碘单质，最后通过精制得到碘单质，
（1）氯气、碘在水溶液中发生氧化还原反应生成碘酸和HCl；
（2）反应物接触时间越长，反应越充分；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能发生氧化还原反应生成HI和H₂SO₄两种强酸；
（4）利用同一溶质在不同溶剂中溶解度的差异采用萃取方法分离；
NaOH溶液与I₂反应，生成的I^-、IO₃^-进入水溶液，离子反应方程式为6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根据生成的碘离子和碘酸根离子之间的关系式计算；
（5）1m³的254mg/L的卤水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂将卤水中的I^-氧化为IO₃^-，发生的反应为3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性条件下，I^-和碘酸根离子反应方程式为5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根据方程式②知参加反应的I^-和IO₃^-的关系是5：1，根据I原子守恒得发生反应①消耗I^-与生成IO₃^-关系为1：1，所以反应①中消耗I^-的物质的量占总的$\frac{1}{6}$为2mol×$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，则消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，再根据质量分数计算双氧水质量．

解答 解：卤水中碘和氯气发生氧化还原反应生成HCl和HIO₃，反应物的接触时间越长，反应越充分，所以含碘卤水应该从塔顶加入，热空气从塔底加入，向剩余液体中加入二氧化硫和水，发生氧化还原反应生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯气，氯气将HI氧化生成碘单质，最后通过精制得到碘单质，
（1）氯气、碘在水溶液中发生氧化还原反应生成碘酸和HCl，反应方程式为5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl，
故答案为：5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl；
（2）反应物接触时间越长，反应越充分，热空气密度小，且气体与溶液逆向接触，有利于提高吹出率，所以含碘卤水从塔顶进入，热空气从塔底进入，
故答案为：塔顶；塔底；因热空气密度小，且气体与溶液逆向接触，有利于提高吹出率；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能发生氧化还原反应生成HI和H₂SO₄两种强酸，酸能腐蚀某些物质，所以吸收塔应选择耐酸材料，
故答案为：反应生成HI和H₂SO₄两种强酸；
（4）碘在四氯化碳中的溶解度远远大于在水中的溶解度且碘和四氯化碳不反应，四氯化碳和水不互溶，所以可以采用萃取方法分离；
NaOH溶液与I₂反应，生成的I^-、IO₃^-进入水溶液，离子反应方程式为6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根据方程式知，加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物质的量之比为5：1，
故答案为：萃取；5：1；
（5）1m³的254mg/L的卤水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂将卤水中的I^-氧化为IO₃^-，发生的反应为3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性条件下，I^-和碘酸根离子反应方程式为5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根据方程式②知参加反应的I^-和IO₃^-的关系是5：1，根据I原子守恒得发生反应①消耗I^-与生成IO₃^-关系为1：1，所以反应①中消耗I^-的物质的量占总的$\frac{1}{6}$为2mol×$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，则消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，理论上需20%的H₂O₂=$\frac{1mol×34g/mol}{20%}$=170g，
故答案为：170．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及氧化还原反应、基本操作及物质分离和提纯方法的选取等知识点，明确实验原理是解本题关键，难点是（5）题计算，要注意碘离子发生两次反应，题目难度中等．