Question

4．電鍍廠曾采用有氰電鍍工藝，處理有氰電鍍的廢水時(shí)，可在催化劑TiO₂作用下，先用NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-，在酸性條件下CNO^-繼續(xù)被NaClO氧化成N₂和CO₂．環(huán)保工作人員在密閉系統(tǒng)中用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以證明處理方法的有效性，并通過測定二氧化碳的量確定CN^-被處理的百分率．

將濃縮后含CN^-離子的污水與過量NaClO溶液的混合液共200mL（其中CN^-的濃度為0.05mol•L^-1倒入甲中，塞上橡皮塞，一段時(shí)間后，打開橡皮塞和活塞，使溶液全部放入乙中，關(guān)閉活塞．回答下列問題：
（1）甲中反應(yīng)的離子方程式為CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-，乙中反應(yīng)的離子方程式為2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O．
（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產(chǎn)物Cl₂等．丙中加入的除雜試劑是飽和食鹽水，其作用是除去HCl氣體，丁在實(shí)驗(yàn)中的作用是去除Cl₂，裝有堿石灰的干燥管的作用是防止空氣中CO₂進(jìn)入戊中影響測定準(zhǔn)確度．
（3）戊中盛有含Ca（OH）₂ 0.02mol的石灰水，若實(shí)驗(yàn)中戊中共生成0.82g沉淀，則該實(shí)驗(yàn)中測得CN^-被處理的百分率等于82%．該測得值與工業(yè)實(shí)際處理的百分率相比總是偏低，簡要說明可能原因之一①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂，②CO₂產(chǎn)生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應(yīng)，③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意可知，甲中的反應(yīng)為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-；乙中的反應(yīng)為酸性條件下CNO^-與NaClO反應(yīng)生成N₂、CO₂和Cl₂．根據(jù)氧化還原反應(yīng)配平；
（2）飽和食鹽水除去氯化氫氣體；銅網(wǎng)用來除去氯氣；堿石灰作用是吸收空氣中二氧化碳防止裝置戊吸收二氧化碳產(chǎn)生誤差；
（3）根據(jù)碳原子守恒，計(jì)算出被處理的CN^-的物質(zhì)的量，再利用200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）求出CN^-被處理的百分率；處理的百分率偏低，說明反應(yīng)生成二氧化碳沒有完全生成碳酸鈣沉淀．

解答 解：（1）根據(jù)題意可知，甲中的反應(yīng)為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-，NaClO具有強(qiáng)氧化性，被還原為Cl^-，反應(yīng)離子方程式為CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；乙中的反應(yīng)為酸性條件下CNO^-與NaClO反應(yīng)生成N₂、CO₂和Cl₂，反應(yīng)離子方程式為2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O；
（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產(chǎn)物Cl₂等，飽和食鹽水能夠除去氯化氫雜質(zhì)；銅網(wǎng)能夠和氯氣反應(yīng)從而除去氯氣雜質(zhì)；避免空氣中的二氧化碳進(jìn)入戊裝置造成測定數(shù)據(jù)的干擾，用堿石灰吸收二氧化碳，
故答案為：除去HCl氣體；去除Cl₂；防止空氣中CO₂進(jìn)入戊中影響測定準(zhǔn)確度；
（3）200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）混合液中含有的CN^-的物質(zhì)的量是：0.2L×0.05mol/L=0.01mol，根據(jù)碳原子守恒，增多生成0.01mol二氧化碳，所以石灰水過量，生成的碳酸鈣的物質(zhì)的量是：0.0082mol，反應(yīng)的CN^-的物質(zhì)的量是0.0082mol，CN^-被處理的百分率是$\frac{0.0082mol}{0.01mol}$×100%=82%；
該測得值與工業(yè)實(shí)際處理的百分率相比總是偏低，可能的原因有：①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂、②CO₂產(chǎn)生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應(yīng)、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等；
能提高準(zhǔn)確度的建議有：建議一：不將甲中溶液一次全部加入乙中，改為分次加入，控制CO₂的產(chǎn)生速度；建議二：乙中瓶塞改為三孔塞，增加丁那個(gè)孔中插入一根導(dǎo)管到液面以下，反應(yīng)結(jié)束后緩緩?fù)ㄈ氤�去CO₂的空氣，使裝置中滯留的CO₂盡可能多到與Ca（OH）₂反應(yīng)．建議三：將戊中澄清石灰水改為濃度較大到NaOH溶液，反應(yīng)結(jié)束后戊中加入足量CaCl₂后測沉淀質(zhì)量等，
故答案為：82%；①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂，②CO₂產(chǎn)生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應(yīng)，③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全．

點(diǎn)評 本題考查了電鍍后的廢水中CN^-離子的含量測定，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作能力．