Question

15．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強(qiáng)氧化性漂白劑，在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在．NaClO₂ 飽和溶液在低于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂•3H₂O，高于38℃時(shí)析出晶體是NaCl0₂，高于60℃時(shí)NaCl0₂分解成NaClO₃和NaCl．工業(yè)生產(chǎn)NaClO₂的主要流程如下：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）在無隔膜電解槽中電解飽和NaCI溶液生產(chǎn)氯酸鈉時(shí)，陰極產(chǎn)物是H₂和NaOH．
（2）裝置I中反應(yīng)時(shí)須使NaClO₃稍微過量，目的是防止生成的ClO₂氣體中混有SO₂雜質(zhì)，引起產(chǎn)品不純．
（3）裝置Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．該反應(yīng)須保證溶液的堿性在一定pH范圍內(nèi)，下列可精確檢測(cè)反應(yīng)過程中溶液酸堿性，且對(duì)NaCl0₂的純度和產(chǎn)率不會(huì)造成影響的是c．
a．酚酞試液       b．pH試紙      c．pH計(jì)
（4）裝置Ⅰ中生成物A的化學(xué)式是Na₂SO₄，為降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的再利用，用裝置Ⅲ電解A的飽和溶液，部分產(chǎn)物可作為裝置Ⅰ和裝置Ⅱ的反應(yīng)物，其中可為裝置Ⅱ提供的物質(zhì)為C（選填“B”、“C”）．
（5）從裝置Ⅱ反應(yīng)后的溶液獲得NaCl0₂晶體的操作步驟為：①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②趁熱過濾；③用38-
60℃的溫水洗滌；④低于60℃干燥，得到產(chǎn)品，采取“減壓蒸發(fā)”而不用“常壓蒸發(fā)”的原因是常壓蒸發(fā)溫度過高，NaClO₂容易分解．
（6）某學(xué)習(xí)小組用碘最法測(cè)定產(chǎn)品中NaCl0₂的含量，實(shí)驗(yàn)如下：
a．準(zhǔn)確稱取所得NaCl0₂樣品1.0g于燒杯中，加入適量蒸餾水和過量的碘化鉀晶體，再滴入適量的稀硫酸，充分反應(yīng)，將所得混合液配成250mL待測(cè)溶液．（己知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂0+2I₂+Cl^-）
b．移取25.00mL待測(cè)溶液于錐形瓶中，加幾滴淀粉溶液，用0.2000mol•L^-1 Na₂S₂0₃標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)．重復(fù)滴定2次．（已知：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象為滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液由藍(lán)色變化為無色且半分鐘不變化．某次滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)滴定管液面刻度如圖，讀數(shù)為22.40．
②若3次滴定平均消耗Na₂S₂0₃溶液的體積為20.00mL，則樣品中NaCl0₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.5%．

Answer 1

分析 飽和NaCl溶液在無隔膜電解槽中電解陽極得到NaClO₃，陰極得到氫氣；裝置I中NaClO₃在酸性條件下被Na₂SO₃還原成ClO₂，同時(shí)得到氧化產(chǎn)物A為Na₂SO₄；ClO₂在堿性條件下與雙氧化水混合，被還原為NaClO₂，同時(shí)得氧化產(chǎn)物a為氧氣；裝置Ⅲ有離子隔膜的電解槽電解Na₂SO₄溶液，可知?dú)怏wa為O₂，該極為陽極，OH^-放電，c（H⁺）增大，SO₄^2-移向該極，所以B為硫酸溶液，陰極生成氫氣，H⁺放電，生成C為NaOH；據(jù)此分析答題：
（1）根據(jù)工藝流程圖無隔膜電解槽陰極周圍溶液里H⁺得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣；
（2）裝置I中NaClO₃在酸性條件下被Na₂SO₃還原成ClO₂，NaClO₃稍微過量，則Na₂SO₃完全被氧化成硫酸鈉，否則過剩的Na₂SO₃會(huì)與稀硫酸反應(yīng)生成SO₂；
（3）Ⅱ中發(fā)生二氧化氯與雙氧水在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，根據(jù)電子得失守恒分析配平；酚酞試紙只能測(cè)定溶液的酸堿性并污染溶液，pH試紙只能粗略測(cè)定溶液的pH，而pH計(jì)可準(zhǔn)確測(cè)定溶液的pH；
（4）裝置I中NaClO₃在酸性條件下被Na₂SO₃還原成ClO₂，同時(shí)得到氧化產(chǎn)物A為Na₂SO₄；裝置Ⅲ有離子隔膜的電解槽電解Na₂SO₄溶液，得到B為硫酸溶液，生成C為NaOH，可結(jié)合裝置Ⅱ中發(fā)生的反應(yīng)判斷；
（5）減壓蒸餾可降低沸點(diǎn)，而從裝置Ⅱ反應(yīng)后的溶液獲得的NaCl0₂晶體受熱易分解；
（6）①滴定過程中發(fā)生反應(yīng)是酸性溶液中ClO₂^-能被I^-完全還原成Cl^-，碘離子被氧化為碘單質(zhì)，溶液中Na₂S₂O₃能與I₂反應(yīng)：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆．溶液顏色藍(lán)色變化為無色分析判斷反應(yīng)終點(diǎn)；滴定管讀數(shù)應(yīng)精確到0.01mL，且每一小隔為0.01mL；
②依據(jù)ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算得到；

解答 解：飽和NaCl溶液在無隔膜電解槽中電解陽極得到NaClO₃，陰極得到氫氣；裝置I中NaClO₃在酸性條件下被Na₂SO₃還原成ClO₂，同時(shí)得到氧化產(chǎn)物A為Na₂SO₄；ClO₂在堿性條件下與雙氧化水混合，被還原為NaClO₂，同時(shí)得氧化產(chǎn)物a為氧氣；裝置Ⅲ有離子隔膜的電解槽電解Na₂SO₄溶液，可知?dú)怏wa為O₂，該極為陽極，OH^-放電，c（H⁺）增大，SO₄^2-移向該極，所以B為硫酸溶液，陰極生成氫氣，H⁺放電，生成C為NaOH；據(jù)此分析答題：
（1）根據(jù)工藝流程圖無隔膜電解槽陰極H⁺發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)破壞水的電離平衡，溶液里OH^-濃度增大，得到NaOH，故答案為：H₂和NaOH；
 （2）裝置I中為防止Na₂SO₃過量并與稀硫酸反應(yīng)生成SO₂，使得生成的ClO₂不純，需使NaClO₃稍微過量，故答案為：防止生成的ClO₂氣體中混有SO₂雜質(zhì)，引起產(chǎn)品不純；
（3）Ⅱ中發(fā)生二氧化氯與雙氧水在堿性條件下反應(yīng)生成NaClO₂和氧氣，所以方程式為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂+2H₂O；可選擇pH計(jì)準(zhǔn)確測(cè)定溶液的PH，且不污染溶液，故答案為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂+2H₂O；c；
（4）裝置Ⅰ中亞硫酸鈉的氧化產(chǎn)物為硫酸鈉，裝置Ⅱ中需要提供足量NaOH，而裝置Ⅲ電解產(chǎn)生C為NaOH，故答案為：Na₂SO₄；C；
（5）常壓蒸餾與減壓蒸餾的區(qū)別就是減壓蒸餾時(shí)可降低溶液的沸點(diǎn)，而NaClO₂高溫易分解，則就選擇減壓蒸餾，避免晶體分解，故答案為：常壓蒸發(fā)溫度過高，NaClO₂容易分解；
（6）①步驟Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)是酸性溶液中ClO₂^-能被I^-完全還原成Cl^-，碘離子被氧化為碘單質(zhì)，離子方程式為：ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，溶液中Na₂S₂O₃能與I₂反應(yīng)：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆．溶液顏色藍(lán)色變化為無色分析判斷反應(yīng)終點(diǎn)，滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液由藍(lán)色變化為無色且半分鐘不變化；滴定管內(nèi)液面對(duì)應(yīng)讀數(shù)為22.40；
故答案為：滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液由藍(lán)色變化為無色且半分鐘不變化；22.40；
②依據(jù)ClO₂^-+4H⁺+4I^-=2I₂+Cl^-+2H₂O，2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算得到，設(shè)NaClO₂物質(zhì)的量為x，
ClO₂^-～2I₂～4Na₂S₂O₃
1              4
x            0.20mol/L×20×10^-3L
x=$\frac{0.20mol/L×20×1{0}^{-3}L}{4}$=1×10^-3mol
樣品中NaClO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{1×1{0}^{-3}mol×\frac{250}{25}×90.5g/mol}{1.0g}$×100%=90.5%，
故答案為：90.5%；

點(diǎn)評(píng) 本題以學(xué)生比較陌生的亞氯酸鈉制備為背景，以過氧化氫法制備亞氯酸鈉為主線，考察學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對(duì)濃度概念的理解、對(duì)氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用、有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作和簡單實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力考察以及在新情境下綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力．題目有一定的難度．