Question

卤素单质及其化合物在生产和生活中有广泛应用．
Ⅰ、氟化钠主要用作农作物杀菌剂、杀虫剂、木材防腐剂．实验室以氟硅酸（H₂SiF₆）等物质为原料、通过如下所示的流程制取较纯净的氟化钠，并得到副产品氯化铵：

已知：20℃时氯化铵的溶解度为37.2g，氟化钠的溶解度为4g，Na₂SiF₆微溶于水．
请回答下列有关问题：
（1）完成并配平上述流程中①、②的化学反应方程式：
①

 

H₂SiF₆+

 

NH₄HCO₃═

 

NH₄F+

 

H₂SiO₃↓+

 

CO₂↑+

 

 

；
②

 

．
（2）操作Ⅲ分为两步，其顺序是

 

（填写所选序号）．
a、过滤    b、加热浓缩　　c、冷却结晶　　d、洗涤
操作Ⅱ是洗涤、干燥，其目的是

 

，在操作Ⅰ～V中与之相同的操作步骤是

 

．
（3）流程①中NH₄HCO₃必须过量，其原因是

 

．
Ⅱ、紫菜与海带类似，是一种富含生物碘的海洋植物，可用于食用补碘．以下为某兴趣小组模拟从紫菜中提取碘的过程：

已知：商品紫菜轻薄松脆，比海带更易被焙烧成灰（此时碘转化为碘化物无机盐）．
（4）将焙烧所得的紫菜灰与足量的双氧水和稀硫酸作用，写出反应的离子方程式：

 

．
（5）操作①中涉及两步操作，名称是

 

，所用的主要玻璃仪器为

 

，所用试剂A最好选用表格中的

 

（填试剂名称）．

	乙醇	四氯化碳	裂化汽油	碘（晶体）
密度/g、cm-3	0.7893	1.595	0.71～0.76	4.94
沸点/℃	78.5	76.8	25～232	184.35

（6）将下列装置图中缺少的必要仪器补画出来，以最终将单质碘与试剂A分离：

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：根据已知反应物和生成物，结合工艺流程可知，反应①为H₂SiF₆与NH₄HCO₃反应，生成的无味气体为CO₂，过滤硅酸浑浊液，向滤液加入氯化钠，经过系列操作可得氟化钠、氯化铵，故滤液中含有氟化铵，故反应①为H₂SiF₆6与NH₄HCO₃反应，生成CO₂、硅酸、氟化铵，根据元素守恒还有水生成；反应②加入的反应物为NaCl，NaF比NaCl的溶解性小，是将第一步生成的NH₄F转化为NaF；
（1）根据已知反应物和生成物，结合工艺流程可知，反应①为H₂SiF₆与NH₄HCO₃反应，生成的无味气体为CO₂，过滤硅酸浑浊液，向滤液加入氯化钠，经过系列操作可得氟化钠、氯化铵，故滤液中含有氟化铵，故反应①为H₂SiF₆6与NH₄HCO₃反应，生成CO₂、硅酸、氟化铵，根据元素守恒还有水生成；
反应②加入的反应物为NaCl，NaF比NaCl的溶解性小，是将第一步生成的NH₄F转化为NaF；
（2）加入的反应物为NaCl，NaF比NaCl的溶解性小，利用了物质在溶液中溶解度越小则优先析出的特性．操作Ⅰ是把固体与液体分离操作，应是过滤操作；操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质；操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，应加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却，应是结晶；操作IV进行粗氯化铵提纯，应是重结晶；
（3）由信息可知，Na₂SiF₆微溶于水，流程中NH₄HCO₃必须过量，是指第一步操作中必须保证H₂SiF₆能全部反应，以防止反应②生成Na₂SiF₆；
（4）焙烧所得的紫菜灰主要含有碘离子，与足量的双氧水和稀硫酸作用，会发生氧化还原反应，方程式为：2I^-+H₂O₂+2H⁺=I₂+2H₂O．
（5）操作①主要是将浸泡后紫菜灰和溶液的混合物中杂质去除，留下含碘离子的溶液，操作②主要是把碘单质从水中萃取到四氯化碳溶液中．
（6）为了实现实验目的，图2框图中缺少温度计和接受液体的装置及石棉网．

解答： 解：（1）反应①为H₂SiF₆6与NH₄HCO₃反应，生成CO₂、硅酸、氟化铵、水，依据原子守恒配平书写得到反应方程式为：
H₂SiF₆+6NH₄HCO₃═6NH₄F+H₂SiO₃↓+6CO₂↑+3H₂O；
反应②是将第一步生成的NH₄F转化为NaF，反应方程式为：NH₄F+NaCl═NaF↓+NH₄Cl，
故答案为：1，6，6，1，6，3H₂O；NH₄F+NaCl═NaF↓+NH₄Cl；
（2）操作Ⅰ是把固体与液体分离操作，应是过滤操作；
操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质，操作为：待母液全部滤出后，再向滤纸上加蒸馏水至恰好浸没晶体，静置让其滤出，重复操作2-3次，以除去晶体表面的杂质；
操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，应加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却，应是结晶；
操作IV进行粗氯化铵提纯，应是重结晶，
操作V进行粗氯化铵提纯，应是重结晶，
操作Ⅲ分为两步、加热浓缩，冷却结晶，故选bc；操作Ⅱ是洗涤、干燥，其目的是：除去氟化钠表面的氯化铵等可溶性杂质；在操作Ⅰ～V中与操作Ⅱ相同的操作步骤是除去杂质的实验操作，应是V；
故答案为：bc，除去氟化钠表面的氯化铵等可溶性杂质，V；
（3）流程中NH₄HCO₃必须过量，是指第一步操作中必须保证H₂SiF₆能全部反应，防止生成Na₂SiF₆沉淀，防止在进行反应②H₂SiF₆将与NaCl反应，生成Na₂SiF₆沉淀，混入NaF中影响NaF质量，
故答案为：保证H₂SiF₆能全部反应，防止生成Na₂SiF₆沉淀，混入NaF中影响NaF质量．
（4）焙烧所得的紫菜灰主要含有碘离子，与足量的双氧水和稀硫酸作用，会发生氧化还原反应，方程式为：2I^-+H₂O₂+2H⁺=I₂+2H₂O；
故答案为：2I^-+H₂O₂+2H⁺=I₂+2H₂O．
（5）将浸泡后紫菜灰和溶液的混合物中杂质去除，留下含碘离子的溶液，操作①主要是把碘单质从水中萃取到四氯化碳溶液中，然后再分液，且在分液时下层液体从下口放出后，上层液体要从上口倒出，萃取剂需要满足不溶于水，不能和碘单质反应，乙醇易溶于水不能分层，裂化汽油和碘单质发生反应，所以需要试剂A为四氯化碳；
故答案为：萃取分液；分液漏斗；四氯化碳．
（6）为了实现实验目的，图2框图中缺少温度计和接受液体的装置及石棉网，装置如图：
故答案为：；

点评：本题主要考查了化学与工业生产的相关知识、阅读题目与工艺流程获取信息能力、物质的分离提纯、对实验操作的理解等，难度中等，理解工艺流程是解题关键，需要学生具备扎实的基础与综合运用信息分析问题、解决问题的能力．