Question

【題目】碘化鈉在光學器件石油探測、安檢、環(huán)境監(jiān)測等領域有重要應用。某研究小組開發(fā)設計的制備高純NaI的簡化流程如圖：

已知：

①I2(s)＋I-(aq)I3-(aq)。

②水合肼(N2H4H2O)具有強還原性，可分別將碘的各種酸根和I2還原為I-，本身被氧化為無毒物質。

③NaI易溶于水，也易溶于酒精，在酒精中的溶解度隨溫度的升高增加不大。

請回答：

（1）步驟Ⅰ，I2與NaHCO3溶液發(fā)生歧化反應，生成物中含IO-和IO3-離子。

①I2與NaHCO3溶液反應適宜溫度為40～70℃，則采用的加熱方式為___。

②實驗過程中，加少量NaI固體能使反應速率加快，其原因是___。

（2）步驟Ⅱ，水合肼與IO反應的離子方程式為___。

（3）步驟Ⅲ，多步操作為：

①將步驟Ⅱ得到的pH為6.5～7的溶液調整pH值至9～10，在100℃下保溫8h，得到溶液A；

②將溶液A的pH值調整至3～4，在70～80℃下保溫4h，得溶液B；

③將溶液B的pH調整至6.5～7，得溶液C；

④在溶液C中加入活性炭，混合均勻后煮沸，靜置10～24h后，過濾除雜得粗NaI溶液。上述①②③操作中，調整pH值時依次加入的試劑為___。

A.NaOH B.HI C.NH3H2O D.高純水

（4）步驟Ⅳ，采用改進的方案為用“減壓蒸發(fā)”代替“常壓蒸發(fā)”。

①“減壓蒸發(fā)”需選用的儀器除了圓底燒瓶、蒸餾頭、溫度計、接收管、接收瓶之外，還有___。

A.直形冷凝管 B.球形冷凝管 C.燒杯 D.抽氣泵

②采用“減壓蒸發(fā)”的優(yōu)點為___。

（5）將制備的NaI2H2O粗品以無水乙醇為溶劑進行重結晶。請給出合理的操作排序___。

加熱乙醇→ → → → →純品（選填序號）。

①高純水洗滌 ②減壓蒸發(fā)結晶 ③NaI2H2O粗品溶解 ④趁熱過濾 ⑤真空干燥 ⑥抽濾

Answer 1

【答案】水浴 因為NaI固體溶于水產生I-(aq)與I2（S）反應形成I3-(aq)，使固體I2溶解性增加，導致濃度增加，使與NaHCO3溶液反應的反應速率加快 N2H4·H2O+2IO-=N2↑+2I-+3H2O ABA AD 減壓環(huán)境與外界空氣隔絕，避免I-被氧化；降低壓強，沸點降低，利于水的蒸發(fā) ③→②→④→⑤

【解析】

本實驗目的是將碘單質轉化為碘化鈉并純化得到NaI·2H2O，根據(jù)題目所給流程，將I2與碳酸氫根反應得到碘的各種酸根，此步驟目的是使碘單質盡可能大的轉移到溶液；隨后向溶液中加入水合肼，水合肼的加入可以使溶液中碘的各種酸根和未反應的碘單質全部還原為I-，此時溶液中主要成分為NaI，經步驟Ⅲ的多步操作除去溶液中其他可溶性大量雜質得到粗NaI溶液，將溶液經過蒸發(fā)、抽濾得到NaI·2H2O粗晶體，粗晶體經過重結晶制得高純NaI·2H2O晶體，據(jù)此分析。

(1)①反應溫度為40-70℃可利用水浴的方式進行反應，水浴加熱可以較為精準的控制溫度；

②反應過程中加入少量的NaI，碘化鈉電離出的I-可以結合I2生成，使固體I2溶解性增加，導致濃度增加，使與NaHCO3溶液反應的反應速率加快；

(2)根據(jù)已知條件，水合肼可以和IO-發(fā)生反應生成I-和無毒的物質N2，反應的離子方程式為N2H4·H2O+2IO-=N2↑+2I-+3H2O；

(3)步驟①是將酸性溶液調整為堿性溶液并在100℃下保持8h，需要選擇堿性溶液調整pH，一水合氨雖然為堿性，電離出的OH-可以調整酸堿性，但是在高溫條件下溶液中的銨根離子易發(fā)生水解，未反應的一水合氨受熱分解，使溶液變回酸性，不能保持溶液pH的恒定，故選擇NaOH溶液；步驟②是將堿性溶液調整為酸性溶液，需要向溶液中加入酸，故選擇HF；步驟③需要將酸性溶液調整為堿性溶液，同時需要將溶液煮沸，若加入一水合氨，一水合氨在高溫條件下易分解，使溶液變回酸性故選擇NaOH，故步驟①和③選擇NaOH作為pH調整試劑，步驟②選擇HI作為pH調整試劑，選擇ABA；

(4)①在冷凝管的選擇上，直形冷凝管一般用于蒸餾裝置，用于物質的分離，而球形冷凝管一般用于反應裝置，用于回流，故選擇直形冷凝管；因為減壓蒸餾，需要降低裝置內的壓強，故需要抽氣泵減小裝置內部壓強，選擇AD；

②減壓蒸發(fā)可以將物質與外界空氣隔絕，避免I-被氧化，同時降低裝置內壓強，使水的沸點降低，利于水的蒸發(fā)；

(5)根據(jù)已知條件，NaI易溶于水，也易溶于酒精可利用加入乙醇的方法重結晶，先將乙醇加熱，再將碘化鈉粗品溶解在熱的乙醇溶液中，因碘化鈉在乙醇中的溶解度隨溫度的升高變化不大這一特性，經碘化鈉的醇溶液減壓蒸發(fā)至有大量固體出現(xiàn)時，趁熱過濾，這樣粗品中的雜質就就在乙醇中，而較高純度的碘化鈉就留在濾紙上，然后為防止I-被氧化，需要通過真空干燥的方式制得純凈晶體，故順序為③→②→④→⑤。