Question

15．工業(yè)上利用含有一定濃度的I₂和CuSO₄溶液的工業(yè)廢水制備飼料添加劑Ca（IO₃）₂，其具體生產(chǎn)流程如下：

已知：①Ca（IO₃）₂微溶于水，可溶于硝酸； ②Ksp（CuI）=1.1×10^-12，Ksp（Cu₂S）=2.5×10^-48；
③氧化性強弱順序為：HNO₃＞IO₃^-＞H₂O₂．
（1）“還原”過程中發(fā)生的主要反應化學方程式為：2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，則此反應中每得到1mol的還原產(chǎn)物，轉移的電子數(shù)目約為6.02×10²³個．
（2）在還原過程通常伴隨有CuI生成，此時再加入足量的Na₂S的化學反應方程式2CuI+Na₂S=Cu₂S+2NaI_；充分反應后再過濾并將所得濾渣與足量的濃硝酸混合加熱，此時反應的離子方程式為Cu₂S+12H ⁺+10NO₃^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+SO₄^2-+10NO₂↑+6H₂O．
（3）在氧化過程中通常應先加入一定量的H₂O₂再加入少量的濃硝酸，而不直接加入足量的濃硝酸的目的是可以減少生成污染空氣的氮的氧化物．
（4）加入的石灰乳在溶液中發(fā)生反應可得到Ca（IO₃）₂，此時需要調(diào)節(jié)溶液pH至中性而不是酸性或堿性的原因是在酸性溶液中，Ca（IO₃）₂部分溶解在硝酸；在堿性溶液中，可能會混有少量微溶的Ca（OH）₂ 造成產(chǎn)品不純．
（5）Ca（IO₃）₂也可用電化學氧化法制取：先充分電解KI溶液，然后在電解后的溶液中加入一定量的CaCl₂溶液，最后過濾得到Ca（IO₃）₂．寫出電解時陽極發(fā)生的電極反應式3H₂O+I^--6e^-=IO₃^-+6H⁺．
用該方法制取Ca（IO₃）₂，每1kg碘化鉀理論上可生產(chǎn)純度為88.8%Ca（IO₃）₂的質(zhì)量為1.32 kg（計算結果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 I₂和CuSO₄溶液中加入硫代硫酸鈉還原生成Na₂S₄O₆，同時有CuI生成，再加入硫化鈉產(chǎn)生硫化亞銅沉淀，過濾后在濾液中加入雙氧水和硝酸將碘離子氧化成碘酸根，再加石灰乳，過濾得Ca（IO₃）₂，濾液可以循環(huán)利用，
（1）在反應2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI中，碘的化合價降低，所以NaI是還原產(chǎn)物，根據(jù)化合價的變化可以計算出轉移電子數(shù)目；
（2）結合所給溶解度，利用沉淀轉化原理書寫；硝酸具有強氧化性，Cu₂S中兩種元素化合價都變，可將其作一整體，然后運用守恒的思想配平；
（3）依據(jù)雙氧水具有氧化性，且其還原產(chǎn)物為綠色無污染回答；
（4）依據(jù)所給信息“Ca（IO₃）₂微溶于水，可溶于硝酸”回答即可；
（5）電解時，陰極上氫離子放電，陽極上碘離子放電；依據(jù)方程式計算碘酸鈣的質(zhì)量．

解答 解：I₂和CuSO₄溶液中加入硫代硫酸鈉還原生成Na₂S₄O₆，同時有CuI生成，再加入硫化鈉產(chǎn)生硫化亞銅沉淀，過濾后在濾液中加入雙氧水和硝酸將碘離子氧化成碘酸根，再加石灰乳，過濾得Ca（IO₃）₂，濾液可以循環(huán)利用，
（1）反在反應2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI中，碘的化合價降低，所以NaI是還原產(chǎn)物，每生成1mol的NaI，轉移的電子數(shù)目約為6.02×10²³，
故答案為：6.02×10²³；
（2）由于Ksp（CuI）=1.1×10^-12，Ksp（Cu₂S）=2.5×10^-48，硫化亞銅比CuI更難溶，故加入足量的Na₂S除去CuI的方程式為：2CuI+Na₂S=Cu₂S+2NaI，在Cu₂S中：Cu和S元素化合價均升高，而HNO₃中N+5→+2化合價降低3，根據(jù)化合價的升降守恒得：Cu₂S+12H ⁺+10NO₃^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+SO₄^2-+10NO₂↑+6H₂O，
故答案為：2CuI+Na₂S=Cu₂S+2NaI； Cu₂S+12H ⁺+10NO₃^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+SO₄^2-+10NO₂↑+6H₂O；
（3）濃硝酸的還原產(chǎn)物會對大氣造成污染，雙氧水也具有氧化性，且還原產(chǎn)物為水，無污染，
故答案為：可以減少生成污染空氣的氮的氧化物；  
（4）Ca（IO₃）₂微溶于水，可溶于硝酸，即在酸性溶液中，Ca（IO₃）₂部分溶解；在堿性溶液中，可能會混有少量微溶的Ca（OH）₂ 造成產(chǎn)品不純，
故答案為：在酸性溶液中，Ca（IO₃）₂部分溶解在硝酸；在堿性溶液中，可能會混有少量微溶的Ca（OH）₂ 造成產(chǎn)品不純；
（5）電解時，陰極上氫離子放電生成氫氣，陽極上碘離子放電生成KIO₃，電極反應為：I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺，每1kgKI理論上可生產(chǎn)純度為88.8%Ca（IO₃）₂的質(zhì)量設為x，可以依據(jù)元素守恒計算，
2KI～Ca（IO₃）₂
332    390
1kg  x×88.8%
x=1.32kg，
故答案為：3H₂O+I^--6e^-=IO₃^-+6H⁺；  1.32．

點評 本題主要以無機物的制備流程為載體，考查的是氧化還原反應方程式書寫以及配平、電解原理的應用等，綜合性較強，有一定難度．