Question

20．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種重要的含氯消毒劑，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白與殺菌．以下是過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖：

已知：①NaClO₂的溶解度隨溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出產(chǎn)品NaClO₂•3H₂O；
②純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下．
（1）發(fā)生器中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-．發(fā)生器中鼓入空氣的作用可能是c．
a．將SO₂氧化成SO₃，增強(qiáng)酸性     b．將NaClO₃還原為ClO₂     c．稀釋ClO₂以防止爆炸
（2）吸收塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；吸收塔內(nèi)的溫度不能超過(guò)20℃，其目的是防止H₂O₂分解．
（3）吸收塔中為防止NaClO₂被還原成NaCl，所用還原劑的還原性應(yīng)適中．以下還可以選擇的還原劑是a（選填序號(hào)）．
a．Na₂O₂              b．Na₂S               c．FeCl₂
（4）從濾液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾．
（5）某學(xué)習(xí)小組用碘量法測(cè)定粗產(chǎn)品中亞氯酸鈉的含量，實(shí)驗(yàn)如下：
a．準(zhǔn)確稱取所得亞氯酸鈉樣品m g于小燒杯中，加入適量蒸餾水和過(guò)量的碘化鉀晶體，再滴入適量的稀硫酸，充分反應(yīng)，將所得混合液配成250ml待測(cè)溶液．（已知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺═2H₂O+2I₂+Cl^-）
b．移取25.00ml待測(cè)溶液于錐形瓶中，加幾滴淀粉溶液，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，重復(fù)2次，測(cè)得平均值為V ml．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象為滴加最后一滴液體時(shí)溶液由藍(lán)色變成無(wú)色且半分鐘內(nèi)不變色．
②該樣品中NaClO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{22.625cV}{m}$%（用含m、c、V的代數(shù)式表示，結(jié)果化成最簡(jiǎn)．）

Answer 1

分析 過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉，由流程可知，NaClO₃溶解后與硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成ClO₂，結(jié)合信息②可知混合氣體稀釋ClO₂，吸收塔內(nèi)發(fā)生2NaOH+2ClO₂+H₂O₂═2NaClO₂+2H₂O+O₂，過(guò)濾后，結(jié)合信息①可知，濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到NaClO₂•3H₂O，
（1）ClO₂發(fā)生器中NaClO₃與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成ClO₂和Na₂SO₄；由信息②可知，純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全．據(jù)此解答；
（2）根據(jù)題目信息并運(yùn)用氧化還原反應(yīng)理論判斷反應(yīng)物、生成物；根據(jù)流程信息可知，吸收塔內(nèi)生成NaClO₂，一定有ClO₂→NaClO₂，化合價(jià)降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，據(jù)此書(shū)寫方程式；溫度過(guò)高，H₂O₂容易分解；
（3）還原性要適中．還原性太強(qiáng)，會(huì)將ClO₂還原為更低價(jià)態(tài)產(chǎn)物，影響NaClO₂生產(chǎn)；方便后續(xù)分離提純，加入試劑不能干擾后續(xù)生產(chǎn)，Na₂O₂溶于水相當(dāng)于H₂O₂；
（4）從溶液中得到含結(jié)晶水的晶體，只能采取蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶方法，通過(guò)過(guò)濾得到粗晶體，得到的粗晶體經(jīng)過(guò)重結(jié)晶可得到純度更高的晶體；
（5）①因?yàn)槭怯肗a₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，反應(yīng)是I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，I₂與指示劑淀粉產(chǎn)生藍(lán)色，故終點(diǎn)是滴加最后一滴液體時(shí)溶液由藍(lán)色變成無(wú)色且半分鐘內(nèi)不變色；
②由反應(yīng)中的I元素守恒可知：ClO₂^-～2I₂～4 S₂O₃^2-，25.00mL待測(cè)溶液中n（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×cV×10^-3mol，m（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×90.5cV×10^-3g；樣品mg配成250mL待測(cè)溶液中的NaClO₂質(zhì)量擴(kuò)大10倍，計(jì)算得到NaClO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉，由流程可知，NaClO₃溶解后與硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成ClO₂，結(jié)合信息②可知混合氣體稀釋ClO₂，吸收塔內(nèi)發(fā)生2NaOH+2ClO₂+H₂O₂═2NaClO₂+2H₂O+O₂，過(guò)濾后，結(jié)合信息①可知，濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到NaClO₂•3H₂O，
（1）ClO₂發(fā)生器中NaClO₃與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成ClO₂和Na₂SO₄，其反應(yīng)的離子方程式為：2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；
由信息②可知，純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全．發(fā)生器中鼓入空氣的作用應(yīng)是稀釋ClO₂以防止爆炸，
故答案為：2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；c；
（2）根據(jù)流程信息可知，吸收塔內(nèi)生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價(jià)降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產(chǎn)生，反應(yīng)方程式為：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；
H₂O₂不穩(wěn)定，溫度過(guò)高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能超過(guò)20℃，其目的是防止H₂O₂分解，
故答案為：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；防止H₂O₂分解；
（3）還原性要適中．還原性太強(qiáng)，會(huì)將ClO₂還原為更低價(jià)態(tài)產(chǎn)物，影響NaClO₂生產(chǎn)；方便后續(xù)分離提純，加入試劑不能干擾后續(xù)生產(chǎn)，Na₂O₂溶于水相當(dāng)于H₂O₂；Na₂S、FeCl₂還原性較強(qiáng)，而生成物與NaClO₂分離比較困難，
故答案為：a；
（4）從溶液中得到含結(jié)晶水的晶體，只能采取蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶方法，通過(guò)過(guò)濾得到粗晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾．
（5）①因?yàn)槭怯肗a₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，反應(yīng)是I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，I₂與指示劑淀粉產(chǎn)生藍(lán)色，故終點(diǎn)是滴加最后一滴液體時(shí)溶液由藍(lán)色變成無(wú)色且半分鐘內(nèi)不變色；
故答案為：滴加最后一滴液體時(shí)溶液由藍(lán)色變成無(wú)色且半分鐘內(nèi)不變色；
②由反應(yīng)中的I元素守恒可知：ClO₂^-～2I₂～4 S₂O₃^2-，25.00mL待測(cè)溶液中n（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×cV×10^-3mol，m（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×90.5cV×10^-3g；樣品mg配成250mL待測(cè)溶液中的NaClO₂質(zhì)量擴(kuò)大10倍，故樣品中NaClO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{1}{4}×90.5cV×1{0}^{-2}g}{mg}$×100%=$\frac{22.625cV}{m}$%；
故答案為：$\frac{22.625cV}{m}$%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，綜合性較強(qiáng)，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純的綜合應(yīng)用含量測(cè)定方法和計(jì)算，明確物質(zhì)性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)基本操作原理是解本題關(guān)鍵，需要學(xué)生較強(qiáng)的綜合能力，題目難度中等．