Question

4．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业，工业上生产亚氯酸钠和高氯酸的工艺流程如图：

已知：NaHSO₄的溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出．请回答下列问题：
（1）NaClO₂中氯元素的化合价为+3；某饱和NaCl溶液中含有CaCl₂、MgCl₂、Na₂SO₄等杂质，通过如下几个实验步骤，可制得纯净的食盐水：
①加入稍过量的Na₂CO₃溶液；
②加入稍过量的NaOH溶液；
③加入稍过量的BaCl₂溶液；
④滴入稀盐酸至无气泡产生；
⑤过滤．正确的操作顺序是③②①⑤④．
（2）气体b是H₂      （填化学式）；无隔膜点解槽中阳极的电极反应式为Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺．
（3）反应器 I中发生反应的化学方程式为3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷却的目的是降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出．
（4）反应器 II中发生反应的离子方程式为2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O
（5）常温下，HClO₂的电离平衡常数K_a=1.07×10^-2，反应器 II中反应所得NaClO₂溶液（含少量NaOH）的pH=13，则溶液中$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{O}_{2}^{-}）}{c（HCl{O}_{2}）}$=1.07×10¹⁰．

Answer 1

分析 由流程图可知，电解饱和氯化钠反应得到NaClO₃，阳极反应式为：Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺，阴极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂，气体b为还原产物H₂，反应器I为NaClO₃与浓硫酸反应，反应方程式为3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷却反应液得到NaHSO₄晶体，对滤液蒸馏得到HClO₄纯品，ClO₂气体在反应器Ⅱ中与氢氧化钠、水、二氧化硫生成NaClO₂粗品，据此分析解答．

解答 解：（1）NaClO₂中钠元素+1价，氧元素-2价，化合物中化合价代数和为0，则氯元素化合价为+3价；除去某饱和NaCl溶液中含有的CaCl₂、MgCl₂、Na₂SO₄等杂质，加氯化钡除去Na₂SO₄，加NaOH除去MgCl₂，加碳酸钠除去CaCl₂，且碳酸钠可除去过量的BaCl₂，过滤后加盐酸、蒸发得到NaCl；
故答案为：+3；③②①⑤④；
（2）由流程图可知，电解饱和氯化钠反应得到NaClO₃，阳极反应式为：Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺，阴极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂，气体b为还原产物H₂；
故答案为：H₂；Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺；
（3）反应器I为NaClO₃与浓硫酸反应，反应方程式为3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；由题可知NaHSO₄的溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出，故冷却降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出；
故答案为：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出；
（4）ClO₂气体在反应器Ⅱ中与氢氧化钠、水、二氧化硫生成NaClO₂粗品，氯元素化合价降低，则硫元素化合价升高到硫酸根离子，故离子方程式为：2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
故答案为：2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（5）常温下，HClO₂的电离平衡常数K_a=1.07×10^-2，反应器 II中反应所得NaClO₂溶液（含少量NaOH）的pH=13，则c（H⁺）=10^-13，c（OH^-）=10^-1，则溶液中$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{O}_{2}^{-}）}{c（HCl{O}_{2}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{{O}_{2}}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（HCl{O}_{2}）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{a}•c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1.07×1{0}^{-2}×1{0}^{-1}}{1{0}^{-13}}$=1.07×10¹⁰；
故答案为：1.07×10¹⁰．

点评 本题考查物质制备实验方案，明确化学工艺流程是解题关键，涉及电解原理、氧化还原反应方程式的书写、计算等内容，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，题目难度中等．