Question

4．穩(wěn)定的ClO₂易溶于水，熔點為-59.5℃，沸點為11℃，能在堿性條件下與H₂O₂反應(yīng)，生成ClO₂^-．它是國際公認的新一代高效、廣譜、安全殺菌保鮮劑．但液態(tài)二氧化氯不穩(wěn)定，易爆炸，在生成、包裝、運輸方面不便．二氧化氮使用化學(xué)方法固化在載體上，使用時再釋放出來、工業(yè)上NaClO₂的主要原料，采用H₂O₂、NaClO₃和NaOH等制備NaClO₂的工藝裝置如下：

（1）反應(yīng)器發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O．
（2）裝置3的名稱為B．
A．離心機    B．冷凝器     C．安全器     D．電熱器
（3）吸收瓶中發(fā)生的化學(xué)方程式為：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，為什么恒溫槽要選擇低溫：溫度過高，過氧化氫會分解，還可以選擇什么條件促進吸收；增大氫氧化鈉的濃度．
（4）裝置5的作用是：緩沖，防止吸收液直接進入真空泵．
（5）工業(yè)上可用如下方法對NaClO₂純度進行測定：
a．稱量約mg亞氯酸鈉，配成500.00mL溶液
b．量取25.00mL試液，置于預(yù)先加有碘化鉀溶液的碘量瓶中，并加入適量的稀硫酸溶液，搖勻，并于暗處放置10min．
c．加100mL水，加入淀粉指示液，用濃度為c mol/L硫化硫酸鈉標準溶液定至溶液藍色消失即為終點，記下消耗的硫代硫酸鈉標準溶液的體積為VmL，同時做空白試驗，記下消耗的硫代硫酸鈉標準溶液的體積為V₀mL．滴定發(fā)生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆
4I⁺+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O利用上述數(shù)據(jù)寫出NaClO₂的質(zhì)量分數(shù)的計算式（不用簡化）$\frac{（V-{V}_{0}）×C×\frac{90.5}{4}×1{0}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}×100%$．
（6）工業(yè)上可用R₅（kesting法，原理為：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O）制ClO₂，相比R₅法，過氧化氫有什么優(yōu)點對環(huán)境污染�。�

Answer 1

分析 ClO₂不便于運輸、易爆炸、不穩(wěn)定，工業(yè)上采用2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O、2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，制備NaClO₂，使用時再釋放出來，據(jù)此圖示流程：反應(yīng)器1水浴、反應(yīng)容器2中放入硫酸、30%過氧化氫、氯酸鈉，制備ClO₂，ClO₂易溶于水，熔點為-59.5℃，沸點為11℃，裝置3冷凝，反應(yīng)器4中2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，制備NaClO₂，裝置5緩沖，防止吸收液直接進入真空泵，真空泵抽氣而獲得反應(yīng)體系真空條件．
（1）根據(jù)題干信息和圖示物質(zhì)，反應(yīng)容器2中放入硫酸、30%過氧化氫、氯酸鈉，所以采用H₂O₂、H₂SO₄和NaClO₃反應(yīng)，制備ClO₂，據(jù)此信息確定反應(yīng)物和生成物，并根據(jù)得失電子守恒和原子守恒書寫方程式；
（2）根據(jù)制備NaClO₂的工藝裝置圖可知，裝置3從下向上進水，為冷凝裝置；
（3）吸收瓶中二氧化氯和過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂，選擇低溫是因為反應(yīng)物過氧化氫溫度高會分解，影響產(chǎn)率，也可選擇增大反應(yīng)物氫氧化鈉的濃度促進吸收；
（4）根據(jù)裝置5特點以及在流程圖中的位置分析確定其用途；
（5）由滴定發(fā)生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，4I⁺+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O，可得關(guān)系式ClO₂^-～2I₂～4Na₂S₂O₃據(jù)此計算NaClO₂的質(zhì)量分數(shù)；
（6）氯氣、氯化氫有毒，結(jié)合R₅（kesting法）的制備原理分析．

解答 解：（1）根據(jù)工藝裝置圖中物質(zhì)的信息可知，反應(yīng)物為H₂O₂、H₂SO₄和NaClO₃，生成物為ClO₂，氯的化合價降低，過氧化氫中-1價的氧化合價升高，所以產(chǎn)物中有氧氣，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，反應(yīng)方程式為：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O；
（2）裝置3從下向上進水，ClO₂易溶于水，熔點為-59.5℃，沸點為11℃，所以裝置3為冷凝裝置，
故答案為：B；
（3）吸收瓶中二氧化氯和過氧化氫在堿性條件下反應(yīng)：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，溫度過高，過氧化氫會分解，所以選擇低溫條件，也可選擇增大反應(yīng)物氫氧化鈉的濃度促進吸收，
故答案為：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂；溫度過高，過氧化氫會分解；增大氫氧化鈉的濃度；
（4）裝置5處在吸收瓶和真空泵之間，起緩沖作用，防止吸收液直接進入真空泵，
故答案為：緩沖，防止吸收液直接進入真空泵；
（5）根據(jù)c步驟．滴定發(fā)生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，2Na₂S₂O₃～I₂反應(yīng)生成的碘單質(zhì)的物質(zhì)的量為：n（I₂）=$\frac{1}{2}$n（Na₂S₂O₃）=$\frac{1}{2}$×C×（V-V₀）×10^-3mol/L，
由4I⁺+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O可知ClO₂^-～2I₂，步驟a．稱量約mg亞氯酸鈉，配成500.00mL溶液，n（NaClO₂）=$\frac{1}{2}$n（I₂）=$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3mol/L，

所以NaClO₂的質(zhì)量為：m（NaClO₂）=nM=$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3mol/L×90.5g/mol═$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3×90.5g，所以NaClO₂的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{（V-{V}_{0}）×C×\frac{90.5}{4}×1{0}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}×100%$，
故答案為：$\frac{（V-{V}_{0}）×C×\frac{90.5}{4}×1{0}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}×100%$；
（6）制備NaClO₂的工藝未使用易揮發(fā)的酸，沒有易揮發(fā)的污染物，而用R₅（kesting法，原理為：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O）制ClO₂，氯氣、氯化氫有毒且易揮發(fā)，對環(huán)境污染大，所以相比R₅法，過氧化氫對環(huán)境污染小，
故答案為：對環(huán)境污染�。�

點評 本題以氯及其化合物的性質(zhì)考查氧化還原反應(yīng)及物質(zhì)的制備實驗，把握題中的信息及知識遷移應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生綜合應(yīng)用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．