Question

3．工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂亚氯酸钠（NaClO₂），其工艺流程如下：

已知：
①NaHSO₄溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出．
②高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90℃．
请回答下列问题：
（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷却的目的是降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出．
（2）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O．
（3）通入反应器Ⅱ中的SO₂用H₂O₂代替同样能生成NaClO₂，请简要说明双氧水在反应中能代替SO₂的原因是H₂O₂有还原性也能把ClO₂还原为NaClO₂．
（4）Ca（ClO）₂、ClO₂、NaClO₂等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂，请写出工业上生产漂白粉的离子方程式：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O．
（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl₂的氧化能力．ClO₂的有效氯含量为2.63g．（结果保留两位小数）

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）NaClO₃和浓H₂SO₄在反应器I中反应生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄；冷却溶液时会析出NaHSO₄晶体；高氯酸易挥发，蒸馏可以得到高氯酸；
（2）反应器Ⅱ中ClO₂与二氧化硫、氢氧化钠反应生成亚氯酸钠；
（3）H₂O₂具有还原性，能还原ClO₂；
（4）具有强氧化性的物质能用作消毒剂和漂白剂，氯气和NaOH溶液生成NaCl和次氯酸钠、水．

解答 解：（1）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，
故答案为：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄结晶析出；
（2）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：2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（3）H₂O₂中O元素为-1价，有还原性，能被强氧化剂氧化，H₂O₂能还原ClO₂，所以入反应器Ⅱ中的SO₂用H₂O₂代替同样能生成NaClO₂；
故答案为：H₂O₂有还原性也能把ClO₂还原为NaClO₂；
（4）工业上用氯气和石灰乳生产漂白粉，其反应的离子方程式为：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O，
故答案为：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O；
（5）1gClO₂的物质的量$\frac{1g}{67.5g/mol}$=$\frac{1}{67.5}$mol，依据电子转移数目相等，ClO₂～Cl^-～5e^-，Cl₂～2Cl^-～2e^-，可知氯气的物质的量为$\frac{1}{67.5}$mol×5×$\frac{1}{2}$=$\frac{5}{135}$mol，则氯气的质量为$\frac{5}{135}$mol×71g/mol=2.63g，
故答案为：2.63g．

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．