Question

【題目】實(shí)驗(yàn)室以NaClO3、H2SO4、SO2、H2O2和NaOH為原料，制備NaClO2和無水Na2SO4，其主要流程如下：

已知：① 2ClO2＋H2O2＋2NaOH=2NaClO2＋O2＋2H2O；

② 2ClO2＋2NaOH=NaClO2＋NaClO3＋H2O；

③溫度高于60 ℃時(shí)，NaClO2發(fā)生分解生成NaClO3和NaCl。

(1)反應(yīng)1中SO2與NaClO3反應(yīng)制得ClO2氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

(2)在圖1所示裝置中發(fā)生反應(yīng)2生成NaClO2，反應(yīng)過程中放出大量的熱。

①研究表明，實(shí)驗(yàn)時(shí)吸收液中H2O2與NaOH的物料比需要控制在0.8左右，原因可能是____________________________________________________。

②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、濃度和體積不變的條件下，控制反應(yīng)在0～3 ℃進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中可采取的措施是______________________。

③裝置Ⅱ的作用是________________________。

(3) 母液2經(jīng)過減壓蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶等操作獲得NaClO2粗產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)中采用減壓蒸發(fā)的原因是________________________________________________。

(4) Na2SO4的溶解度曲線如圖2所示。請(qǐng)補(bǔ)充完整由母液1制備無水Na2SO4的實(shí)驗(yàn)方案：______________________________________________________________，用無水乙醇洗滌，干燥得到產(chǎn)品。

Answer 1

【答案】SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4 H2O2受熱易分解，配料時(shí)應(yīng)略過量，同時(shí)防止ClO2和NaOH反應(yīng)生成雜質(zhì) 使用冰水浴且緩慢通入ClO2 吸收ClO2，防止污染環(huán)境 可在較低溫度下使溶劑蒸發(fā)，防止NaClO2受熱分解 邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液至pH約為7時(shí)，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾

【解析】

NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2發(fā)生反應(yīng)1，NaClO3在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NaClO3被還原為ClO2氣體，SO2被氧化生成NaHSO4，母液1中主要含有NaHSO4和殘留的H2SO4，加堿中和后進(jìn)行提純，最終得到無水硫酸鈉；ClO2與H2O2、NaOH一起發(fā)生反應(yīng)2，ClO2在堿性條件下被還原為NaClO2，反應(yīng)后的母液2經(jīng)一系列工藝提純后得到NaClO2；據(jù)此分析再結(jié)合題中信息進(jìn)行解答。

（1）NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2發(fā)生反應(yīng)1，在酸性條件下，NaClO3具有強(qiáng)氧化性，與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NaClO3發(fā)生還原反應(yīng)生成ClO2，SO2發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)圖中信息及得失電子守恒、原子守恒可知反應(yīng)的方程式為：SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4；

（2）①反應(yīng)2為2ClO2＋H2O2＋2NaOH=2NaClO2＋O2＋2H2O，由反應(yīng)可知H2O2與NaOH的物料比為0.5，但由信息可知該反應(yīng)會(huì)放出大量的熱，而H2O2受熱易分解，配料時(shí)H2O2應(yīng)該略過量以保證反應(yīng)能順利進(jìn)行，另外還要防止因H2O2不足，ClO2和NaOH反應(yīng)生成雜質(zhì)，以致最終得到的產(chǎn)品不純，答案為：H2O2受熱易分解，配料時(shí)應(yīng)略過量，同時(shí)防止ClO2和NaOH反應(yīng)生成雜質(zhì)；

②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、濃度和體積不變的條件下，控制反應(yīng)在0～3 ℃進(jìn)行，故對(duì)反應(yīng)裝置使用冰水浴進(jìn)行降溫，因?yàn)榉磻?yīng)過程要放熱，同時(shí)ClO2的通入速度要慢，以免通入過快導(dǎo)致放熱過多引起溫度升高，答案為：使用冰水浴且緩慢通入ClO2；

③因?yàn)槲矚庵械?/span>ClO2有毒，用裝置II中的NaOH溶液進(jìn)行吸收處理，防止污染空氣，答案為：吸收ClO2，防止污染環(huán)境；

（3）溫度高于60 ℃時(shí)，NaClO2會(huì)發(fā)生分解生成NaClO3和NaCl，而減壓蒸發(fā)的蒸發(fā)溫度低，適合蒸發(fā)容易被高溫破壞的物質(zhì)，由母液2提純NaClO2粗產(chǎn)品時(shí)，先減壓蒸發(fā)，再冷卻結(jié)晶，其中采用減壓蒸發(fā)可在較低溫度下使溶劑蒸發(fā)，防止NaClO2受熱分解。

（4）由圖可知Na2SO4的溶解度在溫度小于32℃隨溫度的升高而增大，而且在溫度小于32℃時(shí)析出的是Na2SO4·10H2O；溫度高于32℃隨溫度的升高而減小，母液1中含有較多的NaHSO4、H2SO4，可以邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液，使NaHSO4、H2SO4與NaOH溶液反應(yīng)生成Na2SO4，至pH約為7時(shí)，反應(yīng)恰好完成，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾，得到比較純凈的無水Na2SO4，答案為：邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液至pH約為7時(shí)，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾。