Question

4．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（只写一个）．
（4）整个实验过程中都需要开动搅拌器，其目的是使得合成反应均匀进行，并使产生的二氧化碳、氮气等气体及时排除．
（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：在溶液中加入少量活性炭煮沸、趁热过滤将滤液在不断搅拌下依次加入稍过量的氢氧化钡、碳酸钠溶液，过滤，滤液中在不断搅拌下加入HI溶液至使用pH试纸测定溶液的pH大约为6，蒸发冷却结晶，再次过滤，用高纯度的水洗涤晶体2-3次，在真空干燥箱中干燥
（实验中需使用的试剂有：HI溶液，Na₂CO₃溶液、Ba（OH）₂溶液、高纯水及pH试纸；除常用仪器外须使用的仪器有：真空干燥箱）．

Answer 1

分析 （1）加快反应速率的外因：温度、浓度，固体的表面积和催化剂等，据此回答；
（2）碘单质受热易升华，据此回答；
（3）NaIO在水溶液中可以和肼发生氧化还原反应，据此书写方程式；
（4）搅拌器的搅拌作用可以使混合物均匀混合，将产生的气体及时的排出；
（5）I₂与Na₂CO₃溶液反应需要一定的环境，注意控制反应物的加入顺序；
（6）制得高纯NaI晶体，首先进行除杂，最后进行蒸发结晶洗涤干燥操作来分离和提纯物质即可．

解答 解：（1）a．将碘块研成粉末，增加接触面积，可以加快反应速率，故正确；
b．起始时加少量NaI，可以起到催化剂的作用，加快反应速率，故正确；
c．将溶液适当加热可以加快反应速率，故正确；
d．加大高纯水的用量，降低浓度会降低反应速率，故错误，
故选abc；
（2）I₂与Na₂CO₃溶液反应适宜温度为40～70℃，温度不宜超过70℃，这样可以防止碘单质受热易升华，故答案为：防止碘升华；
（3）NaIO在水溶液中可以和肼发生氧化还原反应生成NaI、氮气和水，即2IO^-+N₂H₄+H₂O=2I^-+N₂+3H₂O，故答案为：2IO^-+N₂H₄+H₂O=2I^-+N₂+3H₂O；
（4）结合搅拌器的搅拌作用，整个实验过程中都需要开动搅拌器，其目的是可以使混合物均匀混合，将产生的气体及时的排出，故答案为：使得合成反应均匀进行，并使产生的二氧化碳、氮气等气体及时排除；
（5）根据反应：I₂+Na₂CO₃═NaI+NaIO+CO₂↑；△H＜0，3I₂+3Na₂CO₃═5NaI+NaIO₃+3CO₂↑；△H＜0，后期I₂与Na₂CO₃溶液反应难以进行，碘单质的浓度减小导致的，此阶段可以先加入碘、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）所得溶液含少量SO₄^2-，极少量的K⁺和Cl^-，首先除杂，依次加入稍过量的氢氧化钡、碳酸钠溶液，过滤，然后，调整溶液的酸碱性，进行蒸发结晶操作，进行物质的分离和提纯，即趁热过滤将滤液在不断搅拌下依次加入稍过量的氢氧化钡、碳酸钠溶液，过滤，滤液中在不断搅拌下加入HI溶液至使用pH试纸测定溶液的pH大约为6，蒸发冷却结晶，再次过滤，用高纯度的水洗涤晶体2-3次，在真空干燥箱中干燥，
故答案为：趁热过滤将滤液在不断搅拌下依次加入稍过量的氢氧化钡、碳酸钠溶液，过滤，滤液中在不断搅拌下加入HI溶液至使用pH试纸测定溶液的pH大约为6，蒸发冷却结晶，再次过滤，用高纯度的水洗涤晶体2-3次，在真空干燥箱中干燥．

点评 本题综合考查学生物质的分离和提纯等化学实验方案设计知识，注意知识的迁移应用是关键，难度较大．