Question

双氧水、过硫酸钾是工业上常用的氧化剂、消毒剂．工业上以铂为阳极，铅或石墨为阴极，电解NH₄HSO₄溶液得过硫酸铵【（NH₄）₂S₂O₈】溶液，其工艺流程如图1所示：

（1）将电解后的溶液送往水解器中在减压条件下水解、蒸馏、浓缩分离，精馏得过氧化氢的水溶液，剩余溶液再循环使用．
①写出电解NH₄HSO₄溶液的化学方程式

 

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②写出水解器中（NH₄）₂S₂O₈溶液的水解方程式

 

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③铂价格昂贵，试分析电槽阳极用铂不用铅的原因

 

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④试分析水解器中使用减压水解、蒸馏的原因

 

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（2）在电解后的过硫酸铵溶液中加入硫酸氢钾，析出过硫酸钾固体，过硫酸钾具有强氧化性，常被还原为硫酸钾，80℃以上易发生分解．
①将0.40mol过硫酸钾与0.20mol硫酸配制成1L溶液，在80℃条件下加热并在t时刻向溶液中滴加入少量FeCl₃溶液，测定溶液中各成分的浓度如图2所示（H⁺浓度未画出）．图中物质X的化学式为

 

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②已知硫酸锰（MnSO₄）和过硫酸钾（K₂S₂O₈）两种盐溶液在银离子催化下可发生反应，得到紫红色溶液．此反应的离子反应方程式

 

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Answer 1

考点：制备实验方案的设计,电解原理,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）①硫酸铵和硫酸配制成电解液，以铂作电极进行电解，生成过硫酸铵溶液，说明电解时阳极上SO₄^2-被氧化生成S₂O₈^2-，溶液呈酸性，阴极发生还原反应生成氢气，以此可确定电解方程式；
②（NH₄）₂S₂O₈溶液送往水解器中减压水解、蒸发，蒸出过氧化氢的水溶液，剩余溶液流到阴极室再循环使用，说明（NH₄）₂S₂O₈水解生成双氧水和硫酸氢铵；
③铅是活泼金属，作阳极易失电子而进入溶液，且在阳极生成的S₂O₈^2-会氧化铅；
④温度高时双氧水易分解；
（2）①过硫酸钾80℃以上易发生分解生成X，X在FeCl₃溶液作用下生成气体，该气体应为氧气，X应为H₂O₂；
②依据氧化还原反应原理书写化学反应方程式，然后改写成离子反应方程式即可．

解答： 解：（1）①电解NH₄HSO₄溶液得过硫酸铵，电解反应方程式为：2NH₄HSO₄

电解  .

（NH₄）₂S₂O₈+H₂↑，故答案为：2NH₄HSO₄

电解  .

（NH₄）₂S₂O₈+H₂↑；
②（NH₄）₂S₂O₈溶液送往水解器中减压水解、蒸发，蒸出过氧化氢的水溶液，剩余溶液流到阴极室再循环使用，说明（NH₄）₂S₂O₈水解生成双氧水和硫酸氢铵，反应方程式为（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，
故答案为：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；
③铅是活泼金属，作阳极易失电子而进入溶液，且在阳极生成的S₂O₈^2-会氧化铅，
故答案为：铅会在阳极失电子生成阳离子进入溶液，且在阳极生成的S₂O₈^2-会氧化铅；
④双氧水不稳定，在温度高时双氧水易分解生成水和氧气，所以为了减少双氧水的损失，水解器中使用减压水解、蒸发，故答案为：为了减少双氧水的分解损失；
（2）①过硫酸钾80℃以上易发生分解生成X，X在FeCl₃溶液作用下生成气体，该气体应为氧气，X应为H₂O₂，故答案为：H₂O₂；
②由信息可知，MnSO₄+K₂S₂O₈+H₂O→KMnO₄+K₂SO₄+8H₂SO₄，Mn元素的化合价由+2价升高到+7价，S元素的化合价由+7降低为+6价，由电子守恒及质量守恒定律可知，配平的化学反应为：2MnSO₄+5K₂S₂O₈+8H₂O═2KMnO₄+4K₂SO₄+8H₂SO₄，改为离子方程式为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O═2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O═2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．

点评：本题考查物质的制备方案的设计，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意从守恒的角度解答相关计算，难度中等．