Question

（本题共12分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

27．写出电解饱和食盐水的离子方程式         。

28．离子交换膜的作用为：     、      。

29．精制饱和食盐水从图中           位置补充，氢氧化钠溶液从图中           位置流出（选填“a”、“b”、“c”或“d”）。

30．KClO₃可以和草酸（H₂C₂O₄）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO₂，还生成CO₂和KHSO₄等物质。

写出该反应的化学方程式       。

31．室温下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH        0.1 mol/L Na₂SO₃溶液的pH（选填“大于”、“小于”或“等于”）。浓度均为0.1 mol/L 的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2–、CO₃^2–、HSO₃^–、HCO₃^–浓度从大到小的顺序为           。

已知： H₂SO₃  K_i1=1.54×10^-2  K_i2=1.02×10^-7

HClO  K_i1=2.95×10^-8

H₂CO₃  K_i1=4.3×10^-7  K_i2=5.6×10^-11

Answer

27. 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。

28.阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

29.a；d；

30.2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4= 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

31.大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

【解析】

27.电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。

28.图中的离子交换膜只允许阳离子通，是阳离子交换膜，可以允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl-进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

29.随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。

30.KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4= 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

31. NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c(OH-)>c(H+)，所以溶液显碱性。形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。由于H2SO3的Ki2=1.02×10-7；HClO的Ki1=2.95×10-8，所以酸性：HSO3->HClO，因此溶液的pH: NaClO> Na2SO3。由于电离程度：H2SO3> H2CO3>HSO3->HCO3-，浓度均为0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：CO32–>SO32–，所以离子浓度：SO32–>CO32–；水解产生的离子浓度：HCO3- > HSO3-。但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。所以在该溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3– 浓度从大到小的顺序为SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

【考点定位】考查电解原理的应用、氧化还原反应方程式的书写、电离平衡常数在比较离子浓度大小的应用的知识。