Question

【題目】氯堿工業以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產品。如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。

完成下列填空：

（1）寫出電解飽和食鹽水的離子方程式___。

（2）精制飽和食鹽水從圖中___位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中___位置流出（選填“a”、“b”、“c”或“d”）。

（3）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反應生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質。

寫出該反應的化學方程式___。

（4）室溫下，0.1mol/LNaClO溶液的pH___0.1mol/LNa2SO3溶液的pH（選填“大于”、“小于”或“等于”）。

（5）濃度均為0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32-、CO32-、HSO3-、HCO3-濃度從大到小的順序為___。

已知：H2SO3：Ki1=1.54×102，Ki2=1.02×107，HClO：Ki1=2.95×108，H2CO3：Ki1=4.3×107，Ki2=5.6×1011。

Answer 1

【答案】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】

電解食鹽水時，陽極氯離子失電子生成氯氣，陰極氫離子得電子生成氫氣。圖中的離子交換膜只允許陽離子通過，即只允許鈉離子、氫離子通過向陰極移動。

（1）電解飽和食鹽水時，溶液中的陽離子H+在陰極得到電子變為H2逸出，使附近的水溶液顯堿性，溶液中的陰離子Cl-在陽極失去電子，發生氧化反應，產生Cl2。反應的離子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）隨著電解的進行，溶質NaCl不斷消耗，所以應該及時補充。陽極氯離子不斷消耗，鈉離子向陰極移動，導致陽極區鈉離子、氯離子減少，故精制飽和食鹽水從與陽極連接的圖中a位置補充。由于陰極H+不斷放電，附近的溶液顯堿性，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出。

（3）KClO3有氧化性，H2C2O4有還原性，在酸性條件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質。則根據電子守恒及原子守恒，可得該反應的化學方程式是：2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4= 2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O。

（4）NaClO、Na2SO3都是強堿弱酸鹽，形成鹽的酸越弱，鹽水解程度就越大。消耗的離子濃度越大，當溶液達到平衡時，剩余的離子濃度就越小。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）由于電離程度：H2SO3> H2CO3>HSO3->HCO3-，濃度均為0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：CO32–>SO32–，所以離子濃度：SO32–>CO32–；水解產生的離子濃度：HCO3-> HSO3-。但是鹽水解程度總的來說很小，主要以鹽電離產生的離子存在。所以在該溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–濃度從大到小的順序為c(SO32–)>c(CO32–)>c(HCO3–)

>c(HSO3–)。