Question

4．碘是合成碘化物的基本原料．空氣吹出法從鹵水中提碘的流程如下．

（1）“氧化”時Cl₂過量會將I₂氧化為HIO₃，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl．
（2）“吹出”在吹出塔中進(jìn)行，含碘鹵水從塔頂（填“塔頂”或“塔底”）進(jìn)入，熱空氣從塔底（填“塔頂”或“塔底”）進(jìn)入，原因為熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率．
（3）吸收塔應(yīng)選擇耐酸材料，原因是反應(yīng)生成HI和H₂SO₄兩種強(qiáng)酸．
（4）從“氧化”所得含碘鹵水中提取碘還可以采用加CCl₄的方法，該分離方法為萃��；為進(jìn)一步分離I₂和CCl₄，向其中加入NaOH溶液與I₂反應(yīng)，生成的I^-、IO₃^-進(jìn)入水溶液；分液后再酸化，即得粗碘．加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物質(zhì)的量之比為5：1．
（5）H₂O₂也能發(fā)生與Cl₂類似的反應(yīng)，若先用H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，再將其與鹵水按一定比例混合、酸化制取粗碘．處理含I^-為254mg/L的鹵水1m³，理論上需20%的H₂O₂170g．

Answer 1

分析 鹵水中碘和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HCl和HIO₃，反應(yīng)物的接觸時間越長，反應(yīng)越充分，所以含碘鹵水應(yīng)該從塔頂加入，熱空氣從塔底加入，向剩余液體中加入二氧化硫和水，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質(zhì)，最后通過精制得到碘單質(zhì)，
（1）氯氣、碘在水溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘酸和HCl；
（2）反應(yīng)物接觸時間越長，反應(yīng)越充分；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HI和H₂SO₄兩種強(qiáng)酸；
（4）利用同一溶質(zhì)在不同溶劑中溶解度的差異采用萃取方法分離；
NaOH溶液與I₂反應(yīng)，生成的I^-、IO₃^-進(jìn)入水溶液，離子反應(yīng)方程式為6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根據(jù)生成的碘離子和碘酸根離子之間的關(guān)系式計算；
（5）1m³的254mg/L的鹵水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，發(fā)生的反應(yīng)為3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性條件下，I^-和碘酸根離子反應(yīng)方程式為5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根據(jù)方程式②知參加反應(yīng)的I^-和IO₃^-的關(guān)系是5：1，根據(jù)I原子守恒得發(fā)生反應(yīng)①消耗I^-與生成IO₃^-關(guān)系為1：1，所以反應(yīng)①中消耗I^-的物質(zhì)的量占總的$\frac{1}{6}$為2mol×$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，則消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算雙氧水質(zhì)量．

解答 解：鹵水中碘和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HCl和HIO₃，反應(yīng)物的接觸時間越長，反應(yīng)越充分，所以含碘鹵水應(yīng)該從塔頂加入，熱空氣從塔底加入，向剩余液體中加入二氧化硫和水，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HI和硫酸，再向溶液中通入足量氯氣，氯氣將HI氧化生成碘單質(zhì)，最后通過精制得到碘單質(zhì)，
（1）氯氣、碘在水溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘酸和HCl，反應(yīng)方程式為5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl，
故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl；
（2）反應(yīng)物接觸時間越長，反應(yīng)越充分，熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率，所以含碘鹵水從塔頂進(jìn)入，熱空氣從塔底進(jìn)入，
故答案為：塔頂；塔底；因熱空氣密度小，且氣體與溶液逆向接觸，有利于提高吹出率；
（3）碘和二氧化硫在水溶液中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HI和H₂SO₄兩種強(qiáng)酸，酸能腐蝕某些物質(zhì)，所以吸收塔應(yīng)選擇耐酸材料，
故答案為：反應(yīng)生成HI和H₂SO₄兩種強(qiáng)酸；
（4）碘在四氯化碳中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在水中的溶解度且碘和四氯化碳不反應(yīng)，四氯化碳和水不互溶，所以可以采用萃取方法分離；
NaOH溶液與I₂反應(yīng)，生成的I^-、IO₃^-進(jìn)入水溶液，離子反應(yīng)方程式為6OH^-+3I₂=5I^-+IO₃^-+3H₂O，根據(jù)方程式知，加入NaOH后溶液中I^-、IO₃^-的物質(zhì)的量之比為5：1，
故答案為：萃取；5：1；
（5）1m³的254mg/L的鹵水中n（I^-）=$\frac{0.254g/L×1000L}{127g/mol}$=2mol，
H₂O₂將鹵水中的I^-氧化為IO₃^-，發(fā)生的反應(yīng)為3H₂O₂+I^-=3H₂O+IO₃^-①，酸性條件下，I^-和碘酸根離子反應(yīng)方程式為5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O②，
根據(jù)方程式②知參加反應(yīng)的I^-和IO₃^-的關(guān)系是5：1，根據(jù)I原子守恒得發(fā)生反應(yīng)①消耗I^-與生成IO₃^-關(guān)系為1：1，所以反應(yīng)①中消耗I^-的物質(zhì)的量占總的$\frac{1}{6}$為2mol×$\frac{1}{6}$=$\frac{1}{3}$mol，則消耗n（H₂O₂）=3×$\frac{1}{3}$mol=1mol，理論上需20%的H₂O₂=$\frac{1mol×34g/mol}{20%}$=170g，
故答案為：170．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及氧化還原反應(yīng)、基本操作及物質(zhì)分離和提純方法的選取等知識點，明確實驗原理是解本題關(guān)鍵，難點是（5）題計算，要注意碘離子發(fā)生兩次反應(yīng)，題目難度中等．