Question

3．工業(yè)上生產(chǎn)高氯酸時，還同時生產(chǎn)了一種常見的重要含氯消毒劑和漂白劑亞氯酸鈉（NaClO₂），其工藝流程如下：

已知：
①NaHSO₄溶解度隨溫度的升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出．
②高氯酸是至今為止人們已知酸中的最強酸，沸點90℃．
請回答下列問題：
（1）反應(yīng)器Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷卻的目的是降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結(jié)晶析出．
（2）反應(yīng)器Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O．
（3）通入反應(yīng)器Ⅱ中的SO₂用H₂O₂代替同樣能生成NaClO₂，請簡要說明雙氧水在反應(yīng)中能代替SO₂的原因是H₂O₂有還原性也能把ClO₂還原為NaClO₂．
（4）Ca（ClO）₂、ClO₂、NaClO₂等含氯化合物都是常用的消毒劑和漂白劑，請寫出工業(yè)上生產(chǎn)漂白粉的離子方程式：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O．
（5）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl₂的氧化能力．ClO₂的有效氯含量為2.63g．（結(jié)果保留兩位小數(shù)）

Answer 1

分析 NaClO₃和濃H₂SO₄在反應(yīng)器I中反應(yīng)：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，ClO₂在反應(yīng)器II中與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)2ClO₂+SO₂+4NaOH═2NaClO₂+Na₂SO₄+2H₂O；生成亞氯酸鈉，再得到其晶體；反應(yīng)器I中得到的溶液通過冷卻過濾得到NaHSO₄晶體，濾液為HClO₄，蒸餾得到純凈的HClO₄．
（1）NaClO₃和濃H₂SO₄在反應(yīng)器I中反應(yīng)生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄；冷卻溶液時會析出NaHSO₄晶體；高氯酸易揮發(fā)，蒸餾可以得到高氯酸；
（2）反應(yīng)器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)生成亞氯酸鈉；
（3）H₂O₂具有還原性，能還原ClO₂；
（4）具有強氧化性的物質(zhì)能用作消毒劑和漂白劑，氯氣和NaOH溶液生成NaCl和次氯酸鈉、水．

解答 解：（1）NaClO₃和濃H₂SO₄在反應(yīng)器I中反應(yīng)生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；冷卻溶液時會降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結(jié)晶析出；高氯酸的沸點低，易揮發(fā)，蒸餾可以得到純凈的高氯酸，
故答案為：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結(jié)晶析出；
（2）反應(yīng)器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)生成亞氯酸鈉，其反應(yīng)的離子方程式為：2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：2ClO₂+SO₂+4OH^-═2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（3）H₂O₂中O元素為-1價，有還原性，能被強氧化劑氧化，H₂O₂能還原ClO₂，所以入反應(yīng)器Ⅱ中的SO₂用H₂O₂代替同樣能生成NaClO₂；
故答案為：H₂O₂有還原性也能把ClO₂還原為NaClO₂；
（4）工業(yè)上用氯氣和石灰乳生產(chǎn)漂白粉，其反應(yīng)的離子方程式為：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O，
故答案為：Cl₂+Ca（OH）₂=ClO^-+Cl^-+Ca²⁺+H₂O；
（5）1gClO₂的物質(zhì)的量$\frac{1g}{67.5g/mol}$=$\frac{1}{67.5}$mol，依據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，ClO₂～Cl^-～5e^-，Cl₂～2Cl^-～2e^-，可知氯氣的物質(zhì)的量為$\frac{1}{67.5}$mol×5×$\frac{1}{2}$=$\frac{5}{135}$mol，則氯氣的質(zhì)量為$\frac{5}{135}$mol×71g/mol=2.63g，
故答案為：2.63g．

點評 本題以亞氯酸鈉制備為背景，考查了學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識的運用、有關(guān)實驗操作和簡單實驗設(shè)計能力，以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力，題目難度中等．