Question

斯坦福大学B．M．Trost教授提出了绿色化学的核心概念--原子经济性．我们常用原子利用率来衡量化学反应过程的原子经济性，其计算公式为：原子利用率=

目标生成物的质量

参加该反应所有反应物的总质量

×100%
下面是新型自来水消毒剂ClO₂的四种生成方法，请填空：
（1）氯酸钠和盐酸法：本方法的方程式为：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，此方法的原子利用率为

 

%（保留一位小数，下同）．
（2）电解亚氯酸钠法：本方法是用惰性电极电解亚氯酸钠溶液，原子利用率为62.2%，其阳极电极反应式为：ClO₂^-→ClO₂+e^-，阴极电极反应式为

 

．
（3）亚氯酸钠和氯气法：本方法的原子利用率为53.6%，此反应的化学方程式为

 

．
（4）联合工艺法：本方法的反应原理由三步组成：
①电解氯化钠溶液NaCl+3H₂O

通电  .

NaClO₃+3H₂↑
②氢气和氯气合成氯化氢
③生成二氧化氯2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O
此方法的原子利用率最大为

 

%．

Answer 1

考点：电解原理,氯、溴、碘及其化合物的综合应用,制备实验方案的设计

专题：电化学专题,元素及其化合物

分析：（1）根据原子利用率的公式计算其利用率；
（2）电解含氧酸盐时，阴极上氢离子放电生成氢气；
（3）根据氧化还原反应特点知，该反应中不仅生成二氧化氯还生成氯化钠，再根据转移电子相等及原子守恒确定各种物质的计量数；
（4）将方程式书写为由氯化钠生成二氧化氯的反应方程式，再利用原子利用率进行计算．

解答： 解：（1）假设生成2mol二氧化氯，则需要氯酸钠的物质的量是2mol，氯化氢的物质的量是4mol，
m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，n（NaClO₃）=2mol×106.5g/mol=213g，n（HCl）=4mol×36.5g/mol=
146g，原子利用率=

135g

213g+146g

×100%=37.6%，
故答案为：37.6；
（2）电解含氧酸盐时，阴极上氢离子放电生成氢气，所以电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）亚氯酸钠和氯气反应生成二氧化氯，根据化合价变化知，氯气得电子生成氯离子，结合原子守恒知，生成氯化钠，该反应中亚氯酸钠中氯元素的化合价由+3价变为+4价，氯气中氯元素的化合价由0价变为-1价，根据得失电子守恒结合原子守恒得其反应方程式为2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂，
故答案为：2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂；
（4）①NaCl+3H₂O

通电  .

NaClO₃+3H₂↑，
②H₂+Cl₂

点燃  .

2HCl，
③2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O
将方程式2①+2②+③得4H₂O+Cl₂=4H₂+2ClO₂↑，
设生成的二氧化氯的物质的量是2mol，参加反应的水的物质的量是4mol，参加反应的氯气的物质的量是2mol，m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，m（H₂O）=4mol×18g/mol=72g，m（Cl₂）=1mol×71g/mol=71g，
则原子利用率=

135g

71g+72g

×100%=94.4%，
故答案为：94.4．

点评：本题考查了物质的量的有关计算，根据原子利用率的概念来进行计算即可，易错点是（3），注意根据同一元素的化合价变化不能交叉确定生成物中氯元素的化合价，再结合得失电子相等及原子守恒解答，难度中等．