Question

11．高氯酸是一种酸性极强的无机含氧酸，可用于制备高氯酸盐、人造金刚石提纯等方面．
查阅资料得到以下有关高氯酸的信息：

名称	分子式	外观	沸点
高氯酸	HClO4	无色液体	130℃

工业上生产高氯酸的同时还生产了亚氯酸钠，工业流程如图：

（1）操作①的名称是过滤．
（2）反应器Ⅰ中投料时需加入过量浓硫酸，请简述目的为了产物能得到HClO₄而不是NaClO₄．
（3）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O．
（4）某学习小组模拟工业流程图中的蒸馏过程，有液体流出时立即收集产品以获得HClO₄纯品．请评价这一操作是否合理并说明理由不合理，因为水的沸点是100℃，HClO₄的沸点是130℃，所以最先蒸馏流出的是水而不是HClO₄．
（5）若想得到201kg的 HClO₄纯品，至少需要NaClO₃639kg．
（6）工业上也可用铂作阳极、铜作阴极电解盐酸制得高氯酸，在阳极区可得到20%的高氯酸．写出阳极的电极反应式（其中盐酸与高氯酸以化学式出现）4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

Answer 1

分析 NaClO₃和浓H₂SO₄在反应器I中反应：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，ClO₂在反应器II中与二氧化硫、氢氧化钠反应2ClO₂+SO₂+4NaOH═2NaClO₂+Na₂SO₄+2H₂O；生成亚氯酸钠，再得到其晶体；反应器I中得到的溶液通过冷却过滤得到NaHSO₄晶体，滤液为HClO₄，蒸馏得到纯净的HClO₄．
（1）根据上述分析，操作①为过滤分离晶体和溶液；
（2）加入过量的硫酸是为了制得高氯酸，如果硫酸加少了会生成高氯酸钠；
（3）反应器Ⅱ中ClO₂与二氧化硫、氢氧化钠反应生成亚氯酸钠；
（4）水的沸点是100℃，HClO₄的沸点是130℃，最先蒸馏流出的是水而不是HClO₄；
（5）根据方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O进行计算；
（6）电解盐酸的电解池中，阳极是Cl^-失电子发生氧化反应的过程．

解答 解：NaClO₃和浓H₂SO₄在反应器I中反应生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，其反应的化学方程式为：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；冷却溶液时会降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出；高氯酸的沸点低，易挥发，蒸馏可以得到纯净的高氯酸，
（1）根据上述分析，操作①为过滤，
故答案为：过滤；
（2）反应器Ⅰ中投料时如果硫酸加少了会生成高氯酸钠，加入过量的硫酸是为了制得高氯酸，
故答案为：为了产物能得到HClO₄而不是NaClO₄；
（3）反应器Ⅱ中ClO₂与二氧化硫、氢氧化钠反应生成亚氯酸钠，其反应的离子方程式为：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（4）水沸点是100℃，HClO₄的沸点是130℃，最先蒸馏流出的是水而不是HClO₄，有液体流出时立即收集得到的是谁，不能得到HClO₄纯品，因此不合理，
故答案为：不合理，因为水的沸点是100℃，HClO₄的沸点是130℃，所以最先蒸馏流出的是水而不是HClO₄；
（5）设需要NaClO₃x，根据方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，
                             3×106.5g        100.5g
                                x              201kg
x=639kg，
故答案为：639；
（6）铂作阳极、铜作阴极电解盐酸时，阳极是Cl^-失电子发生氧化反应的过程，即电极反应式为：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺，
故答案为：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

点评 本题以亚氯酸钠制备为背景，考查了学生阅读题目获取信息的能力、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，以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力，题目难度中等．