Question

斯坦福大學(xué)B．M．Trost教授提出了綠色化學(xué)的核心概念--原子經(jīng)濟(jì)性．我們常用原子利用率來衡量化學(xué)反應(yīng)過程的原子經(jīng)濟(jì)性，其計(jì)算公式為：原子利用率=

目標(biāo)生成物的質(zhì)量

參加該反應(yīng)所有反應(yīng)物的總質(zhì)量

×100%
下面是新型自來水消毒劑ClO₂的四種生成方法，請(qǐng)?zhí)羁眨?br />（1）氯酸鈉和鹽酸法：本方法的方程式為：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，此方法的原子利用率為

 

%（保留一位小數(shù)，下同）．
（2）電解亞氯酸鈉法：本方法是用惰性電極電解亞氯酸鈉溶液，原子利用率為62.2%，其陽極電極反應(yīng)式為：ClO₂^-→ClO₂+e^-，陰極電極反應(yīng)式為

 

．
（3）亞氯酸鈉和氯氣法：本方法的原子利用率為53.6%，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（4）聯(lián)合工藝法：本方法的反應(yīng)原理由三步組成：
①電解氯化鈉溶液NaCl+3H₂O

通電  .

NaClO₃+3H₂↑
②氫氣和氯氣合成氯化氫
③生成二氧化氯2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O
此方法的原子利用率最大為

 

%．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,氯、溴、碘及其化合物的綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：電化學(xué)專題,元素及其化合物

分析：（1）根據(jù)原子利用率的公式計(jì)算其利用率；
（2）電解含氧酸鹽時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)特點(diǎn)知，該反應(yīng)中不僅生成二氧化氯還生成氯化鈉，再根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等及原子守恒確定各種物質(zhì)的計(jì)量數(shù)；
（4）將方程式書寫為由氯化鈉生成二氧化氯的反應(yīng)方程式，再利用原子利用率進(jìn)行計(jì)算．

解答： 解：（1）假設(shè)生成2mol二氧化氯，則需要氯酸鈉的物質(zhì)的量是2mol，氯化氫的物質(zhì)的量是4mol，
m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，n（NaClO₃）=2mol×106.5g/mol=213g，n（HCl）=4mol×36.5g/mol=
146g，原子利用率=

135g

213g+146g

×100%=37.6%，
故答案為：37.6；
（2）電解含氧酸鹽時(shí)，陰極上氫離子放電生成氫氣，所以電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）亞氯酸鈉和氯氣反應(yīng)生成二氧化氯，根據(jù)化合價(jià)變化知，氯氣得電子生成氯離子，結(jié)合原子守恒知，生成氯化鈉，該反應(yīng)中亞氯酸鈉中氯元素的化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，氯氣中氯元素的化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，根據(jù)得失電子守恒結(jié)合原子守恒得其反應(yīng)方程式為2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂，
故答案為：2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂；
（4）①NaCl+3H₂O

通電  .

NaClO₃+3H₂↑，
②H₂+Cl₂

點(diǎn)燃  .

2HCl，
③2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O
將方程式2①+2②+③得4H₂O+Cl₂=4H₂+2ClO₂↑，
設(shè)生成的二氧化氯的物質(zhì)的量是2mol，參加反應(yīng)的水的物質(zhì)的量是4mol，參加反應(yīng)的氯氣的物質(zhì)的量是2mol，m（ClO₂）=2mol×67.5g/mol=135g，m（H₂O）=4mol×18g/mol=72g，m（Cl₂）=1mol×71g/mol=71g，
則原子利用率=

135g

71g+72g

×100%=94.4%，
故答案為：94.4．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)的量的有關(guān)計(jì)算，根據(jù)原子利用率的概念來進(jìn)行計(jì)算即可，易錯(cuò)點(diǎn)是（3），注意根據(jù)同一元素的化合價(jià)變化不能交叉確定生成物中氯元素的化合價(jià)，再結(jié)合得失電子相等及原子守恒解答，難度中等．