Question

【題目】二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)均具有強氧化性，可用于水處理。ClO2是一種易溶于水的黃綠色氣體，其體積分數超過10%時易引起爆炸；O3是一種微溶于水的藍色氣體，其體積分數超過25%時容易引起爆炸。

（1）以FeS2作還原劑，在硫酸介質中還原NaClO3制備ClO2，同時得到Fe2(SO4)3、Na2SO4，該反應的化學方程式為___________________________________________________。

（2）以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質中還原NaClO3制備ClO2，并將制得的ClO2處理含CN－廢水。實驗室模擬該過程的實驗裝置(夾持裝置略)如圖1所示。

①反應容器B應置于30 ℃左右的水浴中，目的是__________________________________。

②通入氮氣的目的除了有利于將ClO2排出，還有_________________________________。

③ClO2處理含CN－廢水的離子方程式為_______________________________________。

④裝置D的作用是________________________________。

（3）某科研機構經多次實驗，利用O3、KCl和工業(yè)廢渣(主要成分為NaNO3和NaNO2)制得KNO3，相關工藝參數如圖2和圖3[濃縮蒸發(fā)水量＝]。

請選擇最佳實驗方案，參與完成他們的制備：將100 g廢渣加入80 mL熱水中，充分攪拌，__________________________________________，在50 ℃恒溫水浴鍋中充分反應后，過濾，__________________________，趁熱過濾，________________________， 過濾得KNO3粗品，再重結晶提純得到KNO3。(需使用的試劑及用量：60 L 0.008 g/L O3 和80 g KCl固體)

Answer 1

【答案】2FeS2 ＋30NaClO3＋14H2SO4===30ClO2↑ ＋Fe2(SO4)3＋15Na2SO4＋14H2O 提高化學反應速率，同時防止H2O2受熱分解(或答：高于30 ℃會導致H2O2分解，低于30 ℃會導致反應速率較低) 稀釋ClO2，防止其發(fā)生爆炸 2CN－ ＋2ClO2===2CO2＋N2＋2Cl－ 吸收ClO2等氣體，防止污染大氣 通入60 L 0.008 g·L－1O3充分反應，再加入80 g KCl固體充分反應 然后將溶液濃縮蒸發(fā)水量25% 將濾液冷卻到10 ℃結晶

【解析】

(1)FeS2中+2價鐵元素被氧化為Fe3+，-1價硫元素被氧化為SO42-，NaClO3中+5價氯元素被還原為+4價氯的ClO2。再根據化合價升降守恒和元素守恒配平。

(2)以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質中還原NaClO3制備ClO2的原理是：H2O2+2NaClO3+H2SO4=O2↑+2ClO2↑+Na2SO4+2H2O，ClO2處理含CN－廢水的原理為：2CN－ ＋2ClO2===2CO2＋N2＋2Cl－。①H2O2作為反應物要防止其受熱分解，但是溫度太低反應又太慢，實驗現象不明顯。②氮氣很穩(wěn)定，通入氮氣從溶液中趕出ClO2，氮氣稀釋了ClO2氣體，防止ClO2濃度過高發(fā)生爆炸。③ClO2具有較強氧化性，被還原為Cl-；CN-具有較強還原性，+2價碳元素被氧化為CO2，-3價氮元素被氧化為N2，由此寫離子方程式。④裝置D吸收尾氣中的ClO2等污染大氣的氣體。

(3)本試驗以工業(yè)廢渣(主要成分為NaNO3和NaNO2)為原料，用O3將NaNO2氧化為NaNO3，用KCl固體提供K+，利用NaNO3和KNO3的溶解度隨溫度變化的差異，通過重結晶的方法來制取KNO3。由圖2知濃縮蒸發(fā)水量在小于25%時KNO3的產率和純度都較低，濃縮蒸發(fā)水量大于25%時KNO3的產率和純度都有所降低，所以選擇濃縮蒸發(fā)水量為25%較合適。由圖3知冷卻結晶溫度高于10℃時KNO3的產率迅速減小，冷卻溫度低于10℃時KNO3的純度太低，所以冷卻結晶溫度應選擇10℃。

(1) FeS2中+2價鐵元素被氧化為Fe3+，-1價硫元素被氧化為SO42-，NaClO3中+5價氯元素被還原為+4價ClO2。根據化合價升降守恒和元素守恒配平，其化學反應方程式為2FeS2 ＋30NaClO3＋14H2SO4===30ClO2↑ ＋Fe2(SO4)3＋15Na2SO4＋14H2O。

(2)以過氧化氫作還原劑，在硫酸介質中還原NaClO3制備ClO2的原理是：H2O2+2NaClO3+H2SO4=O2↑+2ClO2↑+Na2SO4+2H2O。

①H2O2作為反應物要防止其受熱分解，但是溫度太低反應又太慢，實驗現象不明顯。②氮氣很穩(wěn)定，通入氮氣從溶液中趕出ClO2，氮氣稀釋了ClO2氣體，防止ClO2濃度過高發(fā)生爆炸。③ClO2具有較強氧化性，被還原為Cl-；CN-具有較強還原性，+2價碳元素被氧化為CO2，-3價氮元素被氧化為N2，由此寫離子方程式。④裝置D吸收尾氣中的ClO2等污染大氣的氣體。