Question

亚氯酸钠(NaClO₂)是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下：

（1）Ⅰ中发生反应的还原剂是____ (填化学式)。

（2）Ⅱ中反应的离子方程式是____。

（3）Ⅲ中离子隔膜电解池的装置如下：

①A的化学式是________，A在____口产生。

②m为____ (填“阴”或“阳”)离子交换膜。

③结合化学用语和文字说明解释NaOH产生的原因：________

（4）ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备：5NaClO₂＋4HCl=5NaCl＋4ClO₂↑＋2H₂O

①该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是____。

②研究表明：若反应开始时盐酸浓度越大，则气体产物中Cl₂的含量越大，运用氧化还原反应规律分析其原因是____。

（5）NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl。取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别与足量FeSO₄溶液反应时，消耗Fe^2＋的物质的量前者____ (填“>”“<”或“＝”)后者。

Answer

Na2SO3 2ClO2＋H2O2＋2OH－=2ClO2-＋O2↑＋2H2O H2SO4 e 阴 阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，反应室中的Na＋透过阳离子交换膜进入阴极室，和阴极区产生的OH－生成NaOH 1∶4 ClO2-的氧化性或Cl－的还原性随溶液的酸性和浓度的增大而增强，因此Cl－被氧化得Cl2 ＝

【解析】

硫酸钠溶液通入离子隔膜电解池中，ClO2和双氧水在II中发生氧化还原反应生成NaClO2和气体a，该反应中Cl元素化合价由+4价变为+3价，则O元素化合价由-1价变为0价，所以生成的气体a是O2，离子反应方程式为2ClO2+H2O2+2OH-=2 ClO2-+O2↑+2H2O；III中发生电解，根据图知，生成氢氧化钠，阴极上生成氢气同时阴极附近生成NaOH，所以生成的气体b是H2；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，所以a是O2，同时生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性条件下，I中NaClO2、Na2SO3发生氧化还原反应，离子反应方程式为2ClO3-+2H++SO32-=2ClO2↑+SO42-+H2O。

(1)由图得到Ⅰ中将亚硫酸钠转化为硫酸钠，S的化合价由＋4升高为＋6，所以还原剂为亚硫酸钠；

(2)Ⅱ中进入的ClO2转化为NaClO2化合价降低，所以是H2O2中的－1价的氧化合价升高为0价O2，方程式为：2ClO2＋H2O2＋2OH－=2ClO2-＋O2↑＋2H2O；

(3)Ⅲ中离子隔膜电解池，中间加入硫酸钠溶液，其中阴离子硫酸根离子向阳极移动，所以m是阴离子交换膜。阳极发生的反应为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，氢离子浓度增加，结合穿过m的硫酸根离子得到硫酸，即X为氧气，e为硫酸，加入的g为稀硫酸(主要是为了使溶液导电)。对应的n为阳离子交换膜，以保证钠离子能向阴极移动，阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成的氢氧根结合钠离子得到氢氧化钠，所以Y为氢气，Z为氢氧化钠溶液，加入的f为稀氢氧化钠溶液(主要为了使溶液导电)。结合如上信息得到：

①A的化学式是H2SO4，A在e口产生；

②m为阴离子交换膜；

③NaOH产生的原因：阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成的氢氧根结合钠离子得到氢氧化钠；

(4)①根据相同元素的相同价态一定直接转化的原理，生成物中的NaCl一定来自反应物的盐酸，NaCl有5个，HCl只有4个，所以有1个NaCl来自NaClO2，另外4个NaClO2转化为ClO2，所以氧化剂为1个NaClO2，还原剂为4个NaClO2，所以该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶4；

②若反应开始时盐酸浓度越大，则气体产物中Cl2的含量越大，说明使用浓盐酸时，会被NaClO2氧化为Cl2，即随着盐酸浓度增大，NaClO2的氧化性增强，或者盐酸的还原性增强；

(5)无论NaClO2是否变质，最后氧化亚铁离子的时候，都是将亚铁离子氧化为铁离子，Cl最终都是转化为Cl－，变质的反应为3NaClO2=2NaClO3＋NaCl，则3molNaClO2转化为2 mol NaClO3，这2 mol NaClO3得电子为2×6e－＝12 mol电子。如果不变质，3 mol NaClO2得电子为：3×4e－＝12 mol电子，所以NaClO2变质前后能得到的电子实际是一样的，能氧化的亚铁离子是相同的。