Question

11．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的消毒剂，主要用于水、砂糖、油脂的漂白与杀菌．某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠（NaClO₂）的研究．
已知：NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO₂﹒3H₂O，高于38℃时析出晶体的是NaClO₂，高于60℃时 NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl．Ba（ClO₂）可溶于水．
利用如图所示装置进行实验．

（1）装置①的作用是吸收多余的ClO₂气体，防止污染环境，装置③的作用是防止倒吸．
（2）装置②中产生ClO₂，涉及反应的化学方程式为2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；装置④中反应生成NaClO₂的化学方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂．
（3）从装置④反应后的溶液获得晶体NaClO₂的操作步骤为：①减压，55℃蒸发结晶；②趁热过滤；③用38℃～60℃热水洗涤；④低于60℃干燥，得到成品．如果撤去④中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是NaClO₃和NaCl．
（4）设计实验检验所得NaClO₂晶体是否含有杂质Na₂SO₄，操作与现象是：取少量晶体溶于蒸馏水，滴加几滴BaCl₂溶液，若有白色沉淀出现，则含有Na₂SO₄，若无白色沉淀出现，则不含Na₂SO₄．
（5）为了测定NaClO₂粗品的纯度，取上述初产品10.0g溶于水配成1L溶液，取出10mL溶液于锥形瓶中，再加入足量酸化的KI溶液，充分反应后（NaClO₂被还原为Cl^-，杂质不参加反应），加入2～3滴淀粉溶液，用0.20mol﹒L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定，达到滴定终点时用去标准液20.00mL，试计算NaClO₂粗品的纯度90.5%．（提示：2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）

Answer 1

分析 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Na₂SO₄，二氧化氯和氢氧化钠反应生成NaClO₂，B中可能发生Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，产生的SO₂ 被带入D中，SO₂与H₂O₂ 反应生成硫酸钠，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；装置C的作用是安全瓶，有防倒吸作用，从装置D的溶液获得NaClO₂晶体，需要蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥，装置AE是吸收多余气体防止污染，
（1）本实验产生污染性气体，直接排放会污染环境，故需要尾气处理，装置①就是用碱吸收反应产生的ClO₂等尾气；装置③为安全瓶，防止装置②中气体温度降低而产生倒吸；
（2）装置②中产生ClO₂，亚硫酸钠具有还原性，在反应中作还原剂，生成硫酸钠，结合原子守恒可知，还有水生成；装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体，故装置④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，然后配平书写方程式；
（3）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，注意温度控制；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；
（4）根据SO₄^2-的检验方法来分析；
（5）根据关系式NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-进行计算．

解答 解：（1）本实验产生污染性气体，直接排放会污染环境，故需要尾气处理，装置①就是用碱吸收反应产生的ClO₂等尾气，当关闭K₂时，打开K₁，可以吸收反应产生的ClO₂气体，防止污染环境，装置③为安全瓶，防止装置②中气体温度降低而产生倒吸，
故答案为：吸收多余的ClO₂气体，防止污染环境；防止倒吸；
（2）氯酸钠在酸性溶液中氧化亚硫酸钠为硫酸钠，本身被还原为二氧化氯，反应的化学方程式应为：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O，装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体，故装置④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：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄（浓）═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂；
（3）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，如果撤去④中的冷水浴，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，所以如果撤去D中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是NaClO₃和NaCl，
故答案为：用38℃～60℃热水洗涤；NaClO₃和NaCl；
（4）SO₄^2-的检验用氯化钡溶液，取少量晶体溶于蒸馏水，然后滴加几滴BaCl₂溶液，若有白色沉淀出现，则含有Na₂SO₄，若无白色沉淀出现，则不含Na₂SO₄；
故答案为：滴加几滴BaCl₂溶液，若有白色沉淀出现，则含有Na₂SO₄，若无白色沉淀出现，则不含Na₂SO₄；
（5）令样品中NaClO₂的质量分数为a，则：
NaClO₂ ～2I₂ ～4S₂O₃^2-
90.5g                  4mol
10.0g×a              0.20mol•L^-1×20×10^-3L×$\frac{1000ml}{10ml}$，
a=90.5%，
故答案为；90.5%；

点评 本题考查物质的制备、对信息的利用、对装置的理解、氧化还原反应滴定等，理解原理是解题的关键，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，题目难度较大，注意氧化还原反应滴定中利用关系式进行的计算．