Question

12．亚氯酸钠（NaClO₂）在碱性环境中稳定存在，是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业．ClO₂是为一种黄绿色气体，是国际公认的高效、安全的漂白和消毒剂． NaClO₂生产的主要流程（图1）和电解法制备ClO₂的新工艺（图2）如下：
 
（1）反应Ⅰ中的氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1．
（2）溶液A由图2电解制得，A的化学式为NaOH；反应Ⅱ的离子方程式为2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（3）利用图2装置，用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂，ClO₂在a极（填“a极”或“b极”）生成，其电极反应式为Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺．
（4）ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明显的去除效果．某工厂污水中含CN^-650mg/L，现用ClO₂将CN^-氧化，离子反应方程式为2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；处理100m³这种污水，至少需要ClO₂（标况）56000 L．

Answer 1

分析 由NaClO₂生产的主要流程（图1）可知，反应Ⅰ的反应物为NaClO₃、Na₂SO₃、硫酸，反应产生ClO₂、Na₂SO₄溶液，反应离子方程式为2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Ⅱ中生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应中ClO₂是氧化剂，发生还原反应，H₂O₂是还原剂，发生氧化反应，根据电子转移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），由图2钠离子向阴极移动，b为阴极，氢离子在阴极放电生成氢气，同时生成A为NaOH，发生反应为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；
图2装置，用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂，Cl失去电子被氧化，应在阳极上生成；ClO₂将CN^-氧化，离子反应方程式为2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，根据方程式计算需要ClO₂的物质的量，然后结合V=nVm计算．

解答 解：（1）I中发生2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，Cl元素的化合价降低，S元素的化合价升高，则氧化剂为NaClO₃，还原剂为Na₂SO₃，由反应可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，故答案为：2：1；
（2）由图2钠离子向阴极移动，b为阴极，氢离子在阴极放电生成氢气，同时生成A为NaOH，Ⅱ中生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应中ClO₂是氧化剂，发生还原反应，H₂O₂是还原剂，发生氧化反应，根据电子转移守恒可知4n（ClO₂）=n（HCl），发生反应为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑，离子反应为2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，
故答案为：NaOH；2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）Cl失去电子被氧化，应在阳极上生成，由（2）可知，b为阴极，a为阳极，电极反应为Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺，故答案为：a极；Cl^-+2H₂O-5e^-═ClO₂+4H⁺；  
（4）100m³废水中CN^-质量=100×10³×m³×650mg/m³=65×10⁶ mg=65×10³g，CN^-的物质的量为$\frac{65×1{0}^{3}g}{26g/mol}$=2.5×10³mol，由2ClO₂+2CN^-═N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-可知，至少需要ClO₂的物质的量为2.5×10³mol，其标况下体积为2.5×10³mol×22.4L/mol=56000L，故答案为：56000．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备流程中的反应、电解原理及应用等为解答的关键，侧重分析与应用及计算能力的综合考查，题目难度中等．