Question

亞氯酸鈉是一種高效氧化劑、漂白劑．已知飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂?3H₂O，高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂，高于60℃時(shí)分解成NaClO₃和NaCl．利用如圖所示裝置制備亞氯酸鈉．
完成下列填空：
（1）儀器a的名稱(chēng)是

 

．
（2）裝置②中產(chǎn)生ClO₂的化學(xué)方程式為

 

；裝置③的作用是

 

．
（3）從裝置④反應(yīng)后的溶液獲得NaClO₂晶體的操作步驟為：
①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②

 

；③

 

；④低于60℃干燥，得到成品．
（4）ClO₂處理水時(shí)被還原成Cl^-，不生成有機(jī)氯代物等有害物質(zhì)．工業(yè)上可用亞氯酸鈉和稀鹽酸為原料制備ClO₂，反應(yīng)如下：5NaClO₂+4HCl═4ClO₂↑+5NaCl+2H₂O
該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是

 

，生成0.2mol ClO₂轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

mol．
（5）ClO₂對(duì)污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種無(wú)毒氣體．某污水中含CN^-a mg/L，處理100m³這種污水，至少需要ClO₂

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）考查常見(jiàn)儀器的名稱(chēng)；
（2）亞硫酸鈉具有還原性，在反應(yīng)中作還原劑；結(jié)合原子守恒可知，還有水生成，配平書(shū)寫(xiě)方程式；裝置④中氣體反應(yīng)，裝置內(nèi)壓強(qiáng)降低，裝置③防止倒吸；
（3）從溶液中制取晶體，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥的方法，注意溫度控制；
（4）根據(jù)在反應(yīng)物中，化合價(jià)降低的物質(zhì)是氧化劑，化合價(jià)升高的物質(zhì)是還原劑來(lái)分析解答；
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；根據(jù)方程式計(jì)算需要ClO₂的物質(zhì)的量．

解答： 解：關(guān)閉K1，裝置②中發(fā)生反應(yīng)生成ClO₂氣體，ClO₂氣體經(jīng)裝置③進(jìn)入裝置④，發(fā)生反應(yīng)：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，得NaClO₂溶液，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等操作，得晶體NaClO₂?3H₂O，要注意根據(jù)題目所給信息，控制溫度；
（1）儀器a為球形干燥管，故答案為：球形干燥管；
（2）亞硫酸鈉具有還原性，在反應(yīng)中作還原劑；裝置②中產(chǎn)生ClO₂的反應(yīng)是氯酸鈉在酸性溶液中氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉，本身被還原為二氧化氯，反應(yīng)的化學(xué)方程式應(yīng)為：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；ClO₂進(jìn)入裝置④，發(fā)生反應(yīng)使裝置內(nèi)壓強(qiáng)降低，可能發(fā)生倒吸，裝置③的作用為防止倒吸；
故答案為：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；防止倒吸；
（3）從溶液中制取晶體，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥的方法，為防止析出晶體NaClO₂?3H₂O，應(yīng)趁熱過(guò)濾，由題目信息可知，應(yīng)控制溫度38℃～60℃進(jìn)行洗滌，低于60℃干燥，
故答案為：趁熱過(guò)濾；用38℃～60℃熱水洗滌；
（4）ClO₂處理水時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：5NaClO₂+4HCl═4ClO₂↑+5NaCl+2H₂O，反應(yīng)中，4NaClO₂→4ClO₂，+3價(jià)的氯元素化合價(jià)升高到+4價(jià)，4molNaClO₂失去電子4mol，NaClO₂是還原劑；1NaClO₂→1NaCl，+3價(jià)的氯元素的化合價(jià)降低到-1價(jià)，1molNaClO₂得到電子4mol，作氧化劑；所以該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4；生成4molClO₂，轉(zhuǎn)移電子4mol，生成0.2mol ClO₂轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol；
故答案為：1：4；0.2；
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，反應(yīng)離子方程式應(yīng)為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³含CN^-a mg/L的污水中，m（CN^-）=100m³×1000×a mg/L=100000amg=100ag，n（CN^-）=

100ag

26g/mol

=

50a

13

mol，
2ClO₂ +2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
2mol   2mol
n     

50a

13

mol
n=

50a

13

mol，處理100m³這種污水，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量為

50a

13

mol；
故答案為：

50a

13

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的制備、對(duì)信息的利用、對(duì)裝置的理解、氧化還原反應(yīng)等，理解反應(yīng)原理，掌握實(shí)驗(yàn)基本操作是解題的關(guān)鍵，同時(shí)考查學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，難度較大，注意氧化還原反應(yīng)的計(jì)算．