Question

14．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%以下安全．
③160g/L NaOH溶液是指160g NaOH固体溶于水所得溶液的体积为1L，其密度约为1.2g/mL．
（1）160g•L^-1 NaOH溶液的质量分数为13.3%．
（2）发生器中鼓入空气的作用可能是b（选填序号）．
a．将SO₂氧化成SO₃，增强酸性
b．稀释ClO₂以防止爆炸
c．将NaClO₃氧化成ClO₂
（3）ClO₂发生器中的主要反应方程式为2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄，吸收塔内的反应的化学方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O₂+O₂．
（4）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．除H₂O₂外，还可以选择的还原剂是a（选填序号）．
a．Na₂O₂                b．Na₂S                c．FeCl₂
（5）从滤液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶体的实验操作依次是b、e、d（选填序号）．
a．蒸馏        b．蒸发        c．灼烧       d．过滤       e．冷却结晶．

Answer 1

分析 本题是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程，涉及反应器中为了稀释ClO₂以防止爆炸需要不断鼓入空气、反应器中的反应原理、吸收塔内发生的反应原理等，还探究了混合物的分离、提纯的操作；
（1）浓度g/L表示1L溶液中所含溶质质量的多少．160g/LNaOH溶液表示1L氢氧化钠溶液含有160gNaOH．令溶液体积为1L，计算氢氧化钠溶液的质量，即可求出溶液的质量分数；
（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．据此解答；
（3）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，发生器内是利用SO₂还原NaClO₃得ClO₂，同时得到Na₂SO₄，结合质量守恒可写出反应方程式，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；
（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；
（5）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．

解答 解：（1）浓度g/L表示1L溶液中所含溶质质量的多少．160g/LNaOH溶液表示1L氢氧化钠溶液含有160gNaOH．令溶液体积为1L，则1LNaOH溶液的质量为1L×1000mL/L×1.2g/mL=1200g，所以该溶液氢氧化钠的质量分数为$\frac{160g}{1200g}×100%$=13.3%，故答案为：13.3%；
（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：b；
（3）根据流程信息可知，发生器内SO₂还原得NaClO₃得ClO₂，发生反应的化学方程式为2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄，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，故答案为：2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄；2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O₂+O₂；
（5）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；
（6）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．所以操作顺序为b、e、d，故答案为：b、e、d．

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．