Question

4．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種重要的消毒劑，主要用于水、砂糖、油脂的漂白與殺毒．以下是制取亞鋁酸鈉的工藝流程：

已知：
①NaClO₂ 的溶解度隨著溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出．
②ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩(wěn)定存在．
（1）在無(wú)隔膜電解槽中持續(xù)電解一段時(shí)間后，請(qǐng)寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)方程式：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O．生成ClO₂ 氣體的反應(yīng)中所加X(jué)酸為硫酸．
（2）吸收塔內(nèi)的溫度不能過(guò)高的原因?yàn)椋悍乐笻₂O₂分解 ClO₂ 吸收塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（3）從濾液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶體的操作步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾； 粗晶體進(jìn)一步提純的實(shí)驗(yàn)操作名稱(chēng)是重結(jié)晶．
（4）a kg 30% H₂O₂ 理論上可最多制得2.55akg NaClO₂•3H₂O．

Answer 1

分析 無(wú)隔膜電解槽中持續(xù)電解飽和氯化鈉溶液，則電解生成的氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯酸鈉溶液，通二氧化硫和X酸還原氯酸鈉溶液生成二氧化氯，再用雙氧水、氫氧化鈉吸收反應(yīng)生成亞氯酸鈉，過(guò)濾的亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶得到亞氯酸鈉晶體．
（1）根據(jù)電解池中陽(yáng)極失去電子結(jié)合產(chǎn)物書(shū)寫(xiě)；由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩(wěn)定存在，所以只能在酸性環(huán)境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以X應(yīng)該是硫酸；
（2）H₂O₂不穩(wěn)定，溫度過(guò)高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過(guò)高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO ₂ 吸收塔內(nèi)在堿性溶液中和過(guò)氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO ₂，過(guò)氧化氫做還原劑被氧化為氧氣；
（3）從溶液中得到含結(jié)晶水的晶體，是采取蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶方法，通過(guò)過(guò)濾得到粗晶體，粗晶體進(jìn)一步提純，再重新將粗晶體進(jìn)行溶解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，通過(guò)重結(jié)晶的方法提純；
（4）依據(jù)反應(yīng)2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O的定量關(guān)系計(jì)算得到晶體理論質(zhì)量．

解答 解：（1）電解池中陽(yáng)極失去電子，所以溶液中的氯離子在陽(yáng)極失去電子，因此反應(yīng)的電極反應(yīng)式是Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩(wěn)定存在，所以只能在酸性環(huán)境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以X應(yīng)該是硫酸，
故答案為：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O；硫酸；
（2）H₂O₂不穩(wěn)定，溫度過(guò)高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過(guò)高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO₂ 吸收塔內(nèi)在堿性溶液中和過(guò)氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO ₂，過(guò)氧化氫做還原劑被氧化為氧氣，反應(yīng)的離子方程式為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
故答案為：防止H₂O₂分解；2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）NaClO ₂ 的溶解度隨著溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出，從濾液中得到NaClO ₂•3H ₂ O粗晶體，是從溶液中得到含結(jié)晶水的晶體，只能采取蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶方法，通過(guò)過(guò)濾得到粗晶體，粗晶體進(jìn)一步提純，再重新將粗晶體進(jìn)行溶解，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，通過(guò)重結(jié)晶的方法提純；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾；重結(jié)晶；
（4）設(shè)理論生成NaClO₂•3H₂O的質(zhì)量為m，則
H₂O₂～2ClO₂^-～2NaClO₂•3H₂O
34             289
a kg×30%       m
m=$\frac{akg×30%×289}{34}$=2.55akg，
故答案為：2.55a．

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(guò)氧化氫法制備亞氯酸鈉為主線(xiàn)，考查學(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(jiǎn)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(wèn)題的能力，題目有一定的難度．