Question

【題目】“NaH2PO2還原法”制備高純度氫碘酸和亞磷酸鈉(Na2HPO3)的工業流程如圖。

已知：25℃時，H3PO3的pKa1=1.3，pKa2=6.6。

（1）“合成”過程，主要氧化產物為H3PO3，相應的化學方程式為___________。

（2）“除鉛”過程，FeS除去微量Pb2+的離子方程式為___________。

（3）“減壓蒸餾”過程，I-回收率為95%，則剩余固體的主要成分為___________（填化學式）。

（4）“調pH=11”的作用是___________。

（5）氫碘酸也可以用“電解法”制備，裝置如圖所示。其中雙極膜(BPM)是陰、陽復合膜，在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH-；A、B為離子交換膜。

①B膜最佳應選擇___________

②陽極的電極反應式是___________。

③少量的I-因為濃度差通過BPM膜，若撤去A膜，其缺點是：___________

Answer 1

【答案】NaH2PO2＋I2＋H2O=H3PO3＋NaI＋HI FeS(s)＋Pb2＋(aq)=PbS(s)＋Fe2＋(aq) NaH2PO3 除去鐵，并將NaH2PO3轉變為Na2HPO3 Na＋離子交換膜 2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ I－會在陽極放電，沉積在陽極表面，損傷陽極板

【解析】

“合成”步驟，NaH2PO2和I2和水反應生成H3PO3和NaI和HI；之后加入FeS將Pb2+轉化為PbS除去，此時溶液中的雜質為Fe2+；因為HI易揮發，“減壓蒸餾”獲得HI溶液，剩余固體主要為含有Fe2+雜質的NaH2PO3，加水溶解，再加入H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，調pH=11將Fe3+轉化為沉淀除去，同時部分NaH2PO3轉換為了Na2HPO3；再次調pH將NaH2PO3徹底轉化為Na2HPO3，最后“結晶”得到Na2HPO3固體，據此分析解答。

(1)根據后續流程可知“合成”步驟中產生HI，說明I2將NaH2PO2氧化，HI為強酸，所以還生成H3PO3和NaI，根據電子守恒和元素守恒可得該反應的化學方程式為：NaH2PO2+I2+H2O= H3PO3+NaI+HI；

(2)“除鉛”過程，利用沉淀轉化原理，加入FeS將Pb2+變成PbS，離子方程式為：FeS(s)+Pb2+(aq)=Fe2+(aq)+PbS(s)；

(3)根據合成步驟的反應，可知蒸餾前溶液中主要含H3PO3、NaI和HI，而蒸餾過程I-回收率為95%，說明H3PO3和NaI反應有NaH2PO3生成，則剩余固體的主要成分為NaH2PO3；

(4)“調pH=11”的作用：將Fe3+轉化為沉淀除去，同時將NaH2PO3轉換為了Na2HPO3；

(5)①從圖上看，右端的BPM膜和B膜之間產生NaOH，BPM膜提供OH-，所以B膜最好是鈉離子交換膜；

②陽極附近溶液為硫酸溶液，水電離的氫氧根失電子產生氧氣，同時產生氫離子，故陽極的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+；

③電解池中陰離子有向陽極移動的趨勢，少量的I－因為濃度差通過BPM膜，若沒有A膜的阻擋，I－會在陽極失電子得到碘單質，沉積在陽極表面，損傷陽極板。