Question

17．亚氯酸钠（NaClO₂）是重要漂白剂．某小组按如图装置制取无水NaClO₂晶体．
已知：①NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂•3H₂O，高于38℃时析出晶体是NaClO₂，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl；
②二氧化氯极易溶于水．NaClO₂晶体易溶于水，难溶解于乙醇等有机溶剂．

（1）装置A中NaClO₃和Na₂SO₃制备ClO₂气体，A中反应的化学方程式为2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2Na₂SO₄+2ClO₂↑+H₂O；该装置中采用浓硫酸而不用稀硫酸的原因是减少ClO₂溶解．
（2）装置B的作用是防止倒吸．装置C中反应为放热反应，在不改变反应物浓度和体积的条件下，为了使反应在低温下进行，实验中可采取的措施是给C装置加冰水浴、缓慢滴加硫酸．
（3）写出装置C中发生的离子方程式2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（4）从装置C反应后的溶液中获得无水NaClO₂晶体的操作步骤为：①减压，55℃蒸发结晶；②趁热过滤；③用乙醇洗涤2～3次；④在低于60℃条件下干燥得到成品．
（5）测定样品中NaClO₂的纯度．测定时进行如下实验：
准确称m g的样品，加入适量蒸馏水和过量KI晶体，在酸性条件下发生反应：ClO₂^-+4I^-+4H⁺═2H₂O+2I₂+Cl^-，将所得混合液稀释成100mL待测溶液．取25.00mL待测溶液，加入淀粉溶液做指示剂，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，测得消耗标准溶液体积的平均值为V mL（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）．请计算所称取的样品中NaClO₂的质量分数为$\frac{90.5×cv×1{0}^{-3}}{m}$×100%．（用含m、c、V的代数式表示）

Answer 1

分析 实验室用NaClO₃制取ClO₂气体，再由ClO₂制得NaClO₂，由实验装置可知，A中发生2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2Na₂SO₄+2ClO₂↑+H₂O，必须使NaClO₃稍微过量时防止生成二氧化硫，C中发生2ClO₂+2NaOH+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，由信息高于38°C时析出晶体是NaClO₂，可知温度在55°C左右，蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到NaClO₂，NaClO₂具有氧化性时可氧化亚铁离子；B作安全瓶，D吸收尾气，NaOH溶液吸收多余的ClO₂，生成物质的量之比为1：1的两种阴离子，一种为ClO₂^-，由Cl元素的化合价降低可知，另一种离子中Cl离子化合物为+5价，
（1）装置B中制备得到ClO₂，所以B中反应为NaClO₃和Na₂SO₃在浓H₂SO₄的作用生成 ClO₂和Na₂SO₄，二氧化氯极易溶于水，用浓硫酸而不用稀硫酸；
（2）装置C中发生气体反应，装置内压强降低，装置B的作用是安全瓶，防止C瓶溶液倒吸到A瓶中，由信息高于38°C时析出晶体是NaClO₂可知实验中可采取的措施；
（3）装置C中生成NaClO₂，Cl元素的化合价降低，双氧水应表现还原性，有氧气生成，结合原子守恒可知，还有水生成，配平书写方程式；
（4）由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl；
（5）根据化学反应可得关系式：NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-，根据关系式计算．

解答 解：（1）装置A中产生ClO₂，反应的化学方程式为2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2Na₂SO₄+2ClO₂↑+H₂O，该装置中采用浓硫酸而不用稀硫酸的原因是减少ClO₂溶解，\
故答案为：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2Na₂SO₄+2ClO₂↑+H₂O；减少ClO₂溶解；
（2）装置C中发生气体反应，装置内压强降低，装置B的作用是安全瓶，防止C瓶溶液倒吸到A瓶中，装置C反应后的溶液获得NaClO₂晶体，根据已知①，给C装置加冰水浴和缓慢滴加硫酸，
故答案为：防止倒吸； 给C装置加冰水浴、缓慢滴加硫酸；
（3）装置C中生成NaClO₂，Cl元素的化合价降低，双氧水应表现还原性，有氧气生成，结合原子守恒可知，还有水生成，配平后方程式为：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，
故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（4）从溶液中制取晶体，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，为防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，应趁热过滤，由题目信息可知，应控制温度38℃～60℃进行洗涤，低于60℃干燥，
故答案为：趁热过滤；乙醇；低于60℃；
（5）设样品中NaClO₂的物质的量x，
NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-，
1mol               4mol
0.25x       c mol•L^-1×V×10^-3L
则：x=c•V•10^-3mol
样品中NaClO₂的质量分数为：$\frac{90.5×cv×1{0}^{-3}}{m}$×100%
故答案为：$\frac{90.5×cv×1{0}^{-3}}{m}$×100%．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备实验原理、混合物分离提纯为解答该题的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意氧化还原反应的应用，题目难度中等．