Question

11．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是一種高效、廣譜、安全的殺菌、消毒劑．制備ClO₂的方法有多種．

（1）纖維素還原法制ClO₂．其原理是：纖維素水解得到的最終產(chǎn)物A與NaClO₃反應(yīng)生成ClO₂．完成反應(yīng)的化學(xué)方程式：其流程如下：
□1C₆H₁₂O₆+□NaClO₃+□H₂SO₄═□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□12Na₂SO₄
（2）電解食鹽水制取ClO₂，其流程如圖1：
①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)．除雜操作時(shí)，往粗鹽水中加入試劑的順序依次為BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃（填化學(xué)式），充分反應(yīng)后將沉淀一并濾去，再加入鹽酸．
②食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉（NaClO₃）與鹽酸在發(fā)生器中反應(yīng)生成ClO₂，寫(xiě)出發(fā)生器中生成ClO₂的化學(xué)方程式2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
③上述流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)有NaCl、Cl₂；按照綠色化學(xué)原則，電解槽陰極產(chǎn)生的氣體與方框中物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為6：5時(shí)，原子的利用率為100%．
（3）實(shí)驗(yàn)室以NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料制備ClO₂的流程下如圖2：
已知：（I）A氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.089g/L；
（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)．
①電解時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃．
②NCl₃與NaClO₂（亞氯酸鈉）按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂，該反應(yīng)的離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

Answer 1

分析 （1）纖維素水解得到的最終產(chǎn)物A為葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素從+5價(jià)降到+4價(jià)，葡萄糖中碳從0價(jià)升到+4價(jià)，根據(jù)元素守恒和電荷守恒配平方程式；
（2）①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)，用鋇離子除去硫酸根離子，用氫氧根除去鎂離子，用碳酸根除去鈣離子，同時(shí)注意除雜是示能引入新的雜質(zhì)，據(jù)此判斷加入試劑的順序；
②根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價(jià)升降規(guī)律，NaClO₃與鹽酸反應(yīng)生成ClO₂的同時(shí)會(huì)生成氯氣，據(jù)此寫(xiě)出化學(xué)方程式；
③根據(jù)圖1流程可知，電解氯化鈉溶液生成NaClO₃的同時(shí)有氫氣產(chǎn)生，被充適量的氯氣后，氫氣和氯氣合成氯化氫，氯化氫再與NaClO₃反應(yīng)得ClO₂，所以氯化鈉和氯氣都是流程中的原料，據(jù)此判斷可循環(huán)利用的物質(zhì)，電解槽陰極產(chǎn)生的氣體應(yīng)為氫氣，方框中物質(zhì)應(yīng)為氯氣，根據(jù)元素守恒可確定它們的物質(zhì)的量之比；
（3）A氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.089g/L，則A氣體為氫氣，（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，則B為氨氣，
①根據(jù)流程可知，電解時(shí)反應(yīng)物為氯化銨和鹽酸，生成物為氫氣和NCl₃，據(jù)此書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
②NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書(shū)寫(xiě)離子方程式；

解答 解：（1）纖維素水解得到的最終產(chǎn)物A為葡萄糖，NaClO₃生成ClO₂，氯元素從+5價(jià)降到+4價(jià)，葡萄糖中碳從0價(jià)升到+4價(jià)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
故答案為：1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄；
（2）①粗鹽中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)，用鋇離子除去硫酸根離子，用氫氧根除去鎂離子，用碳酸根除去鈣離子，同時(shí)注意除雜是示能引入新的雜質(zhì)，碳酸根離子要放在最后加入，所以加入試劑的順序?yàn)锽aCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃，
故答案為：BaCl₂、NaOH和Na₂CO₃或NaOH、BaCl₂和Na₂CO₃；
②根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價(jià)升降規(guī)律，NaClO₃與鹽酸反應(yīng)生成ClO₂的同時(shí)會(huì)生成氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O；
③根據(jù)圖1流程可知，電解氯化鈉溶液生成NaClO₃的同時(shí)有氫氣產(chǎn)生，被充適量的氯氣后，氫氣和氯氣合成氯化氫，氯化氫再與NaClO₃反應(yīng)得ClO₂，所以氯化鈉和氯氣都是流程中的原料，結(jié)合電解槽和ClO₂發(fā)生器中產(chǎn)物可知，可循環(huán)利用的物質(zhì)是NaCl、Cl₂，電解槽陰極產(chǎn)生的氣體應(yīng)為氫氣，方框中物質(zhì)應(yīng)為氯氣，根據(jù)根據(jù)反應(yīng)NaCl+3H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₃+3H₂及反應(yīng)2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，可知反應(yīng)中產(chǎn)生的H₂、Cl₂的物質(zhì)的量之比為6：1，而反應(yīng)中H₂、Cl₂的物質(zhì)的量之比為1：1，要使原子的利用率為100%，則產(chǎn)生的H₂和要補(bǔ)充的氯氣的物質(zhì)的量之比為6：5，
故答案為：NaCl、Cl₂；6：5；
（3）A氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.089g/L，則A氣體為氫氣，（Ⅱ）氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，則B為氨氣，
①根據(jù)流程可知，電解時(shí)反應(yīng)物為氯化銨和鹽酸，生成物為氫氣和NCl₃，所以化學(xué)方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃，
故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃；
②NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂，根據(jù)電荷守恒和元素守恒可知其離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
故答案為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、常用化學(xué)用語(yǔ)、電解原理、化學(xué)計(jì)算等，題目難度中等，電解反應(yīng)是難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問(wèn)題的能力．