Question

6．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=2 NaClO₂+2 H₂O+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 氯酸钠、水和稀硫酸在ClO₂发生器中通入二氧化硫和空气反应生成ClO₂ ，吸收塔内的反应是氢氧化钠、过氧化氢吸收ClO₂ 反应生成亚氯酸钠（NaClO₂），蒸发浓缩结晶析出，过滤洗涤得到晶体，
（1）发生器中发生反应为氯酸钠在酸溶液中氧化二氧化硫生成二氧化氯和硫酸，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步骤Ⅱ中发生反应是酸性溶液中ClO₂^-能被I^-完全还原成Cl^-，碘离子被氧化为碘单质，溶液中Na₂S₂O₃能与I₂反应：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆．溶液颜色蓝色变化为无色分析判断反应终点；
②依据ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，反应的定量关系计算得到；

解答 解：（1）发生器中发生反应是氯酸钠在酸溶液中氧化二氧化硫生成二氧化氯和硫酸，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，故选c，
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=2 NaClO₂+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=2 NaClO₂+2H₂O+O₂；防止H₂O₂分解．
（4）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，生成物与NaClO₂分离比较困难，故选a，
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，得到的粗晶体经过重结晶可得到纯度更高的晶体，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
（5）①步骤Ⅱ中发生反应是酸性溶液中ClO₂^-能被I^-完全还原成Cl^-，碘离子被氧化为碘单质，离子方程式为：ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，溶液中Na₂S₂O₃能与I₂反应：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆．溶液颜色蓝色变化为无色分析判断反应终点，滴入最后一滴标准溶液，溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变化，
故答案为：滴入最后一滴标准溶液，溶液由蓝色变化为无色且半分钟不变化；
②依据ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，反应的定量关系计算得到，设NaClO₂物质的量为x，
ClO₂^-～2I₂～4Na₂S₂O₃+
1              4
x            cV×10^-3mol
x=$\frac{cV×1{0}^{-3}}{4}$mol
样品中NaClO₂的质量分数=$\frac{\frac{cV×1{0}^{-3}}{4}×\frac{250}{25}×90.5g/mol}{mg}$×100%=$\frac{22.625cV}{m}%$，
故答案为：$\frac{22.625cV}{m}%$；

点评 本题以学生比较陌生的亚氯酸钠制备为背景，以过氧化氢法制备亚氯酸钠为主线，考察学生阅读题目获取信息的能力、对浓度概念的理解、对氧化还原反应相关知识的运用、有关实验操作和简单实验设计能力考察以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力．题目有一定的难度．