Question

8．某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠（NaClO₂）的研究．
实验Ⅰ：制取NaClO₂晶体
已知：NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO₂•3H₂O，高于38℃时析出晶体的
是NaClO₂，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl．
利用如图所示装置进行实验．
K₁K₂浓硫酸NaOH和H₂O₂混合溶液冷水浴NaOH溶液NaOH溶液NaClO₃和Na₂SO₃固体①②③④⑤
（1）装置①的作用是吸收多余的ClO₂气体，防止污染环境装置③的作用是防止污染环境；防止倒吸．
（2）装置②中产生ClO₂的化学方程式为2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O．装置④中产生NaClO₂的化学方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂．
（3）从装置④反应后的溶液获得晶体NaClO₂的操作步骤为：
①减压，55℃蒸发结晶；②趁热过滤；③用38℃～60℃热水洗涤；④低于60℃干燥，得到成品．
实验Ⅱ：测定某亚氯酸钠样品的纯度．
设计如下实验方案，并进行实验：
①准确称取所得亚氯酸钠样品m g于烧杯中，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（已知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂O+2I₂+Cl^-）．将所得混合液配成100mL待测溶液．
②移取25.00mL待测溶液于锥形瓶中，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定，至滴定终点．重复2次，测得消耗标准溶液的体积的平均值为V mL（已知：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．
（4）滴定中使用的指示剂是淀粉溶液．
（5）样品中NaClO₂的质量分数为$\frac{9.05cV}{m}$%（用含m、c、V的代数式表示）．

Answer 1

分析 装置②中制备得到ClO₂，所以三颈瓶中反应为NaClO₃和Na₂SO₃在浓H₂SO₄的作用生成 ClO₂和Na₂SO₄，二氧化氯和氢氧化钠反应生成NaClO₂，②中可能发生Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，产生的SO₂ 被带入④中，SO₂与H₂O₂ 反应生成硫酸钠，由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl；装置③的作用是安全瓶，有防倒吸作用，从装置④的溶液获得NaClO₂晶体，需要蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥，装置①⑤是吸收多余气体防止污染．
（1）本实验产生污染性气体，直接排放会污染环境，故需要尾气处理，装置①就是用碱吸收反应产生的ClO₂等尾气；装置③为安全瓶，防止装置②中气体温度降低而产生倒吸；
（2）装置②中产生ClO₂，亚硫酸钠具有还原性，在反应中作还原剂，生成硫酸钠，结合原子守恒可知，还有水生成；装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体，故装置④中生成NaClO₂，Cl元素的化合价降低，双氧水应表现还原性，有氧气生成，结合原子守恒可知，还有水生成，然后配平书写方程式；
（3）从溶液中制取晶体，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，注意温度控制；由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl；
（4）有碘单质参和生成的反应，一般采用淀粉溶液做指示剂，该反应是Na₂S₂O₃标准液滴定碘，终点溶液由蓝色变为无色且半分钟内不变色；
（5）由ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂O+2I₂+Cl^-、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可得关系式NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-，根据关系式NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-进行计算．

解答 解：（1）本实验产生污染性气体，直接排放会污染环境，故需要尾气处理，装置①就是用碱吸收反应产生的ClO₂等尾气，当关闭K₂时，打开K₁，可以吸收反应产生的ClO₂气体，防止污染环境，装置③为安全瓶，防止装置②中气体温度降低而产生倒吸，
故答案为：吸收多余的ClO₂气体，防止污染环境；防止倒吸；
（2）氯酸钠在酸性溶液中氧化亚硫酸钠为硫酸钠，本身被还原为二氧化氯，反应的化学方程式应为：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O，装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体，故装置④中生成NaClO₂，Cl元素的化合价降低，双氧水应表现还原性，有氧气生成，结合原子守恒可知，还有水生成，配平后方程式为：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，
故答案为：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂；
（3）为防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，应趁热过滤，由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃进行洗涤，低于60℃干燥，如果撤去④中的冷水浴，由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl，所以如果撤去D中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是NaClO₃和NaCl，
故答案为：用38℃～60℃热水洗涤；
（4）碘遇淀粉变蓝色，反应结束时，碘反应完全，滴加最后一滴Na₂S₂O₃标准液时溶液由蓝色变为无色且半分钟内不变色，说明到达滴定终点，
故答案为：淀粉溶液；
（5）设样品中NaClO₂的质量分数为a，则：
NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-
90.5g                 4mol
mag               cmol•L^-1×V×10^-3L×$\frac{100mL}{25mL}$             解得：a=$\frac{9.05×1{0}^{-2}cV}{m}$=$\frac{9.05cV}{m}$%；
故答案为：$\frac{9.05cV}{m}$%．

点评 本题考查亚氯酸钠的制备，涉及对信息的利用、对装置的理解、氧化还原反应滴定等，理解原理是解题的关键，侧重考查了学生分析问题、解决问题的能力，题目难度中等，注意氧化还原反应滴定中利用关系式进行的计算．