Question

3．高氯酸钠可作为离子强度剂广泛应用于有机电化学工业．以精制食盐水等为原料制备高氯酸钠晶体（NaClO₄•H₂O）的流程如图：

（1）由粗盐（含Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Br^-等杂质）制备精制盐水时可加入NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃等试剂除杂．
①NaOH中所含化学键类型为离子键和共价键．
②检验粗盐中含有SO₄^2-的操作方法为：取少量粗盐于试管中加入适量水充分溶解后先用稀盐酸酸化，再滴加BaCl₂溶液有白色沉淀生成．
③加入Na₂CO₃的作用为除去溶液里的Ba²⁺．
（2）除去溶液中的Br^-可以节省电解过程中的耗能，其原因为避免Br^-会先被氧化，而耗能．
（3）电解Ⅱ的化学方程式为NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑，已知精制食盐水中NaCl的浓度为a mol/L若要处理10⁶L该食盐水理论上可制取高氯酸钠晶体122.5a吨．
（4）步骤3除杂目的是除去少量的NaClO₃杂质，该反应的离子方程式为SO₂+2ClO₃^-=SO₄^2-+2ClO₂↑．
（5）步骤5气流干燥时，温度须控制在80～100℃的原因为温度过高，高氯酸钠晶体失去结晶水或高氯酸钠分解，温度过低，干燥不充分．

Answer 1

分析 由原料氯化钠到高氯酸钠晶体，氯的化合价升高，而整个流程中未加强氧化剂，所以通过电解实现了氯的不同价态的转化（电解过程即为氧化还原反应），将制得的盐水一次电解产生氯酸钠，得到的氯酸钠溶液进行再一次电解，生成高氯酸钠，然后通入二氧化硫除去其中的氯酸钠，最后进行分离提纯得到高氯酸钠晶体；
（1）①NaOH是离子型化合物，另外氢和氧之间存在共价键；
②SO₄^2-通常是利用稀盐酸和BaCl₂溶液来检验；
③Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓，向粗盐配制的溶液里滴加Na₂CO₃溶液可以生成BaCO₃沉淀；
（2）Br^-的还原性比Cl^-强，惰性电极电解食盐水时还原性强的更容易被氧化；
（3）可利用原子守恒计算制取得到的高氯酸钠晶体的质量；
（4）步骤3利用SO₂可除去少量的NaClO₃，得到ClO₂和Na₂SO₄，依据电子守恒、电荷守恒及原子守恒配平得到离子反应方程式；
（5）高氯酸钠晶体受热易分解，步骤5气流干燥时，应控制温度不易太高．

解答 解：由原料氯化钠到高氯酸钠晶体，氯的化合价升高，而整个流程中未加强氧化剂，所以通过电解实现了氯的不同价态的转化（电解过程即为氧化还原反应），将制得的盐水一次电解产生氯酸钠，得到的氯酸钠溶液进行再一次电解，生成高氯酸钠，然后通入二氧化硫除去其中的氯酸钠，最后进行分离提纯得到高氯酸钠晶体；
（1）①NaOH晶体中含有离子键和共价键，故答案为：离子键和共价键；
②为检验溶液里的SO₄^2-可先用稀盐酸酸化，再滴加BaCl₂溶液有白色沉淀生成，故答案为：先用稀盐酸酸化，再滴加BaCl₂溶液有白色沉淀生成；
③滴加Na₂CO₃溶液可以除去溶液里的Ba²⁺，生成BaCO₃沉淀，故答案为：除去溶液里的Ba²⁺；
（2）电解池中阳极左右还原性强的Br^-会先被氧化，则电解前先除去溶液中的Br^-，故答案为：避免Br^-会先被氧化，而耗能；
（3）10⁶La mol/LNaCl的食盐水中NaCl的物质的量为a mol/L×10⁶L=a×10⁶mol，依据原子守恒理论上得到的高氯酸钠晶体质量为：a×10⁶mol×122.5g/mol=1.225a×10⁸g=122.5a吨，故答案为：122.5a；
（4）步骤3利用SO₂可除去少量的NaClO₃发生反应的离子反应方程式为：SO₂+2ClO₃^-=SO₄^2-+2ClO₂↑；答案为：SO₂+2ClO₃^-=SO₄^2-+2ClO₂↑；
（5）因为高氯酸钠在较高温度下容易分解或失去结晶水，温度过低，干燥不充分；所以“气流干燥”时温度应控制在80～100℃之间，故答案为：温度过高，高氯酸钠晶体失去结晶水或高氯酸钠分解，温度过低，干燥不充分．

点评 本题以电解精制食盐水制备高氯酸钠晶体为载体，考查物质的制备实验的工业设计，题目难度中等，本题注意把握物质的性质，为解答该题的关键．