Question

【題目】(2015·上海）氯堿工業(yè)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(chǎn)品。下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：

已知： H2SO3 Ki1=1.54×10-2 Ki2=1.02×10-7
HClO Ki1=2.95×10-8
H2CO3 Ki1=4.3×10-7 Ki2=5.6×10-11
（1）寫出電解飽和食鹽水的離子方程式。
（2）離子交換膜的作用為： 、 。
（3）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”）
（4）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(zhì)。
寫出該反應的化學方程式
（5）室溫下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH 0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。（選填“大于”、“小于”或“等于”）。
濃度均為0.1 mol/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 。

Answer 1

【答案】
（1）

2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－

（2）能得到純度更高的氫氧化鈉溶液；；阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生反應。
（3）a；d
（4）2KClO3+ H2C2O4+ 2H2SO4= 2ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O.
（5）大于；；c(SO32–)> c(CO32–)> c(HCO3–)> c(HSO3–)。
【解析】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?yōu)镠2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(fā)生氧化反應。產(chǎn)生Cl2。反應的離子方程式是2Cl－＋2H2O==（通電）Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
2圖中的離子交換膜只允許陽離子通，是陽離子交換膜，可以允許陽離子通過，不能使陰離子通過，這樣就可以阻止陰極溶液中的OH-進入陽極室，與氯氣發(fā)生反應，阻止Cl-進入陰極室，使在陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH純度更高。同時可以阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸。
3.隨著電解的進行，溶質(zhì)NaCl不斷消耗，所以應該及時補充。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；水不斷消耗，所以從b口不斷加入蒸餾水，從c位置流出的是稀的NaCl溶液。
4.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(zhì)。則根據(jù)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.
5. NaClO、Na2SO3都是強堿弱酸鹽，弱酸根離子發(fā)生水解反應，消耗水電離產(chǎn)生的H+ ， 破壞了水的電離平衡，當最終達到平衡時，溶液中c(OH-)>c(H+)，所以溶液顯堿性。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。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：c(SO32–)>c(CO32–)；水解產(chǎn)生的離子濃度：c(HCO3-)> c(HSO3-)。但是鹽水解程度總的來說很小，主要以鹽電離產(chǎn)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–)。