Question

20．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌．以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出产品NaClO₂•3H₂O；
②纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下．
（1）发生器中发生反应的离子方程式为2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-．发生器中鼓入空气的作用可能是c．
a．将SO₂氧化成SO₃，增强酸性     b．将NaClO₃还原为ClO₂     c．稀释ClO₂以防止爆炸
（2）吸收塔内发生反应的化学方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；吸收塔内的温度不能超过20℃，其目的是防止H₂O₂分解．
（3）吸收塔中为防止NaClO₂被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中．以下还可以选择的还原剂是a（选填序号）．
a．Na₂O₂              b．Na₂S               c．FeCl₂
（4）从滤液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶体的实验操作依次是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）某学习小组用碘量法测定粗产品中亚氯酸钠的含量，实验如下：
a．准确称取所得亚氯酸钠样品m g于小烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应，将所得混合液配成250ml待测溶液．（已知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺═2H₂O+2I₂+Cl^-）
b．移取25.00ml待测溶液于锥形瓶中，加几滴淀粉溶液，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，重复2次，测得平均值为V ml．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①达到滴定终点时的现象为滴加最后一滴液体时溶液由蓝色变成无色且半分钟内不变色．
②该样品中NaClO₂的质量分数为$\frac{22.625cV}{m}$%（用含m、c、V的代数式表示，结果化成最简．）

Answer 1

分析 过氧化氢法生产亚氯酸钠，由流程可知，NaClO₃溶解后与硫酸发生氧化还原反应生成ClO₂，结合信息②可知混合气体稀释ClO₂，吸收塔内发生2NaOH+2ClO₂+H₂O₂═2NaClO₂+2H₂O+O₂，过滤后，结合信息①可知，滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NaClO₂•3H₂O，
（1）ClO₂发生器中NaClO₃与SO₂发生氧化还原反应生成ClO₂和Na₂SO₄；由信息②可知，纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全．据此解答；
（2）根据题目信息并运用氧化还原反应理论判断反应物、生成物；根据流程信息可知，吸收塔内生成NaClO₂，一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，据此书写方程式；温度过高，H₂O₂容易分解；
（3）还原性要适中．还原性太强，会将ClO₂还原为更低价态产物，影响NaClO₂生产；方便后续分离提纯，加入试剂不能干扰后续生产，Na₂O₂溶于水相当于H₂O₂；
（4）从溶液中得到含结晶水的晶体，只能采取蒸发、浓缩、冷却结晶方法，通过过滤得到粗晶体，得到的粗晶体经过重结晶可得到纯度更高的晶体；
（5）①因为是用Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，反应是I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，I₂与指示剂淀粉产生蓝色，故终点是滴加最后一滴液体时溶液由蓝色变成无色且半分钟内不变色；
②由反应中的I元素守恒可知：ClO₂^-～2I₂～4 S₂O₃^2-，25.00mL待测溶液中n（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×cV×10^-3mol，m（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×90.5cV×10^-3g；样品mg配成250mL待测溶液中的NaClO₂质量扩大10倍，计算得到NaClO₂的质量分数．

解答 解：过氧化氢法生产亚氯酸钠，由流程可知，NaClO₃溶解后与硫酸发生氧化还原反应生成ClO₂，结合信息②可知混合气体稀释ClO₂，吸收塔内发生2NaOH+2ClO₂+H₂O₂═2NaClO₂+2H₂O+O₂，过滤后，结合信息①可知，滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NaClO₂•3H₂O，
（1）ClO₂发生器中NaClO₃与SO₂发生氧化还原反应生成ClO₂和Na₂SO₄，其反应的离子方程式为：2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；
由信息②可知，纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全．发生器中鼓入空气的作用应是稀释ClO₂以防止爆炸，
故答案为：2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；c；
（2）根据流程信息可知，吸收塔内生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应方程式为：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；
H₂O₂不稳定，温度过高，H₂O₂容易分解，吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是防止H₂O₂分解，
故答案为：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂↑；防止H₂O₂分解；
（3）还原性要适中．还原性太强，会将ClO₂还原为更低价态产物，影响NaClO₂生产；方便后续分离提纯，加入试剂不能干扰后续生产，Na₂O₂溶于水相当于H₂O₂；Na₂S、FeCl₂还原性较强，而生成物与NaClO₂分离比较困难，
故答案为：a；
（4）从溶液中得到含结晶水的晶体，只能采取蒸发、浓缩、冷却结晶方法，通过过滤得到粗晶体，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）①因为是用Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，反应是I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，I₂与指示剂淀粉产生蓝色，故终点是滴加最后一滴液体时溶液由蓝色变成无色且半分钟内不变色；
故答案为：滴加最后一滴液体时溶液由蓝色变成无色且半分钟内不变色；
②由反应中的I元素守恒可知：ClO₂^-～2I₂～4 S₂O₃^2-，25.00mL待测溶液中n（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×cV×10^-3mol，m（NaClO₂）=$\frac{1}{4}$×90.5cV×10^-3g；样品mg配成250mL待测溶液中的NaClO₂质量扩大10倍，故样品中NaClO₂的质量分数为$\frac{\frac{1}{4}×90.5cV×1{0}^{-2}g}{mg}$×100%=$\frac{22.625cV}{m}$%；
故答案为：$\frac{22.625cV}{m}$%．

点评 本题考查物质制备，综合性较强，涉及氧化还原反应、物质分离和提纯的综合应用含量测定方法和计算，明确物质性质及实验基本操作原理是解本题关键，需要学生较强的综合能力，题目难度中等．