Question

9．实验室制取高纯NaI晶体（无色）可按下列步骤进行：按化学计量称取各原料，在三颈烧瓶中（如图）先加入适量的高纯水，然后按Na₂CO₃、I₂和水合肼的投料顺序分批加入．
已知：①I₂+Na₂CO₃═NaI+NaIO+CO₂↑；△H＜0
3I₂+3Na₂CO₃═5NaI+NaIO₃+3CO₂↑；△H＜0
②I₂（s）+I^-（aq）═I₃^-（aq）；
③水合肼（N₂H₄•H₂O）具有强还原性，可分别将IO^-、IO₃^-和I₂还原为I^-，本身被氧化为N₂（放热反应）；100℃左右水合肼分解为氮气和氨气等．
（1）常温常压时，I₂与Na₂CO₃溶液反应很慢，下列措施能够加快反应速率的是abc（填字母）．
a．将碘块研成粉末                         b．起始时加少量NaI
c．将溶液适当加热                         d．加大高纯水的用量
（2）I₂与Na₂CO₃溶液反应适宜温度为40～70℃，温度不宜超过70℃，除防止反应速率过快，另一个原因是防止碘升华．
（3）加入稍过量水合肼发生反应的离子方程式为2IO^-+N₂H₄．H₂O=2I^-+N₂↑+3H₂O或2IO₃^-+3N₂N₄．H₂O=2I^-+3N₂↑+9H₂O（任写一个）（只写一个）．
（4）整个实验过程中都需要开动搅拌器，其目的是使合成反应均匀进行，并使产生的二氧化碳、氮气等气体及时排出．
（5）反应的后期I₂与Na₂CO₃溶液反应难以进行，此阶段需对投料顺序作适当改进，改进的方法是先加入碘、水合肼，最后加入碳酸钠．
（6）所得溶液（偏黄，且含少量SO₄^2-，极少量的K⁺和Cl^-）进行脱色、提纯并结晶，可制得高纯NaI晶体．
实验方案为：
①将溶液在不断搅拌下依次加入稍过量的Ba（OH）₂溶液、稍过量的Na₂ CO₃溶液、过滤，在滤液中加少量活性炭煮沸后趁热过滤（填操作名称），这样操作的目的是除去活性炭，并防止温度降低NaI结晶析出降低产率．
②溶液在不断搅拌下加入HI溶液（填试剂名称）至溶液的PH约为6，然后冷却结晶（填操作名称），再次过滤，用高纯水洗涤晶体2～3次，在真空干燥箱中干燥．

Answer 1

分析 （1）增大反应物浓度、反应物接触面积及升高温度、加入催化剂都能加快反应速率；
（2）温度高时碘易升华；
（3）水合肼（N₂H₄•H₂O）具有强还原性，可分别将IO^-、IO₃^-和I₂还原为I^-，本身被氧化为N₂；
（4）通过搅拌器搅拌，反应物混合更均匀，且利用气体排出；
（5）碘的溶解性较小，则反应的后期I₂与Na₂CO₃溶液反应难以进行，但碘易和水合肼反应，所以此阶段需对投料顺序作适当改进；
（6）①将溶液在不断搅拌下依次加入稍过量的Ba（OH）₂溶液、稍过量的Na₂ CO₃溶液、过滤，氢氧化钡除去硫酸根离子、碳酸钠除去钡离子，NaI的溶解性和NaCl相似，温度越高其溶解度越大，为防止NaI结晶析出，应该趁热过滤；
②溶液在不断搅拌下加入HI至溶液的PH约为6，HI用于除去过量的碳酸钠，然后冷却结晶，再次过滤，洗涤晶体2～3次，在真空干燥箱中干燥．

解答 解：（1）增大反应物浓度、反应物接触面积及升高温度都能加快反应速率，
a．将碘块研成粉末，增大反应物接触面积，加快反应速率，故a选；                        
b．根据方程式①②知，NaI相当于催化剂，能加快反应速率，故b选；
c．将溶液适当加热，增大活化分子百分数，反应速率加快，故c选；                        
d．加大高纯水的用量，降低单位体积内活化分子个数，降低反应速率，故d不选；
故选abc；
（2）温度越高反应速率越快，但温度高时碘易升华，所以温度不宜超过70℃，
故答案为：防止碘升华；
（3）水合肼（N₂H₄•H₂O）具有强还原性，可分别将IO^-、IO₃^-和I₂还原为I^-，本身被氧化为N₂，
其中一个反应方程式为2IO^-+N₂H₄．H₂O=2I^-+N₂↑+3H₂O或2IO₃^-+3N₂N₄．H₂O=2I^-+3N₂↑+9H₂O，
故答案为：2IO^-+N₂H₄．H₂O=2I^-+N₂↑+3H₂O或2IO₃^-+3N₂N₄．H₂O=2I^-+3N₂↑+9H₂O；
（4）通过搅拌器搅拌，反应物混合更均匀，且利用气体排出，
所以整个实验过程中都需要开动搅拌器，故答案为：使合成反应均匀进行，并使产生的二氧化碳、氮气等气体及时排出；
（5）碘的溶解性较小，则反应的后期I₂与Na₂CO₃溶液反应难以进行，但碘易和水合肼反应，所以此阶段需对投料顺序作适当改进，调整顺序为：先加入碘、水合肼，最后加入碳酸钠，
故答案为：先加入碘、水合肼，最后加入碳酸钠；
（6）①将溶液在不断搅拌下依次加入稍过量的Ba（OH）₂溶液、稍过量的Na₂ CO₃溶液、过滤，氢氧化钡除去硫酸根离子、碳酸钠除去钡离子，NaI的溶解性和NaCl相似，温度越高其溶解度越大，为防止NaI结晶析出而导致NaI产率降低，所以应该趁热过滤，
故答案为：趁热过滤；除去活性炭，并防止温度降低NaI结晶析出降低产率；
②溶液在不断搅拌下加入HI至溶液的PH约为6，HI用于除去过量的碳酸钠且不引进新的杂质，然后冷却结晶，再次用高纯水过滤，洗涤晶体2～3次，在真空干燥箱中干燥，从而得到纯净、干燥的NaI，
故答案为：HI溶液；冷却结晶；高纯水．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生实验操作、获取题给信息并分析解答问题能力，明确实验操作规范性、元素化合物性质、化学反应原理是解本题关键，注意题给信息的正确、灵活运用，题目难度中等．