Question

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。如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：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式___。

（2）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”）。

（3）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___。

（4）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH___0.1mol/LNa₂SO₃溶液的pH（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）浓度均为0.1mol/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

2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ a d 2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4= 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O 大于 c(SO32–)>c(CO32–)>c(HCO3–)>c(HSO3–)

【解析】

电解食盐水时，阳极氯离子失电子生成氯气，阴极氢离子得电子生成氢气。图中的离子交换膜只允许阳离子通过，即只允许钠离子、氢离子通过向阴极移动。

（1）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－。

（2）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。阳极氯离子不断消耗，钠离子向阴极移动，导致阳极区钠离子、氯离子减少，故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。

（3）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。

（4）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，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。

（5）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c(SO32–)>c(CO32–)>c(HCO3–)

>c(HSO3–)。