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，適當條件下可結晶析出．
②ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在．
（1）在無隔膜電解槽中持續電解一段時間后，請寫出陽極的電極反應方程式：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O．生成ClO₂ 氣體的反應中所加X酸為硫酸．
（2）吸收塔內的溫度不能過高的原因為：防止H₂O₂分解 ClO₂ 吸收塔內發生反應的離子反應為：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濃縮、冷卻結晶、過濾； 粗晶體進一步提純的實驗操作名稱是重結晶．
（4）a kg 30% H₂O₂ 理論上可最多制得2.55akg NaClO₂•3H₂O．

Answer 1

分析 無隔膜電解槽中持續電解飽和氯化鈉溶液，則電解生成的氯氣和氫氧化鈉反應生成氯酸鈉溶液，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、氫氧化鈉吸收反應生成亞氯酸鈉，過濾的亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液通過蒸發結晶得到亞氯酸鈉晶體．
（1）根據電解池中陽極失去電子結合產物書寫；由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在，所以只能在酸性環境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發生氧化還原反應，所以X應該是硫酸；
（2）H₂O₂不穩定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO ₂ 吸收塔內在堿性溶液中和過氧化氫發生氧化還原反應生成NaClO ₂，過氧化氫做還原劑被氧化為氧氣；
（3）從溶液中得到含結晶水的晶體，是采取蒸發、濃縮、冷卻結晶方法，通過過濾得到粗晶體，粗晶體進一步提純，再重新將粗晶體進行溶解，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，通過重結晶的方法提純；
（4）依據反應2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O的定量關系計算得到晶體理論質量．

解答 解：（1）電解池中陽極失去電子，所以溶液中的氯離子在陽極失去電子，因此反應的電極反應式是Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，由于ClO₂氣體在中性和堿性溶液中不能穩定存在，所以只能在酸性環境中存在．由于在酸性條件下，氯酸鈉容易和鹽酸發生氧化還原反應，所以X應該是硫酸，
故答案為：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O；硫酸；
（2）H₂O₂不穩定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能過高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO₂ 吸收塔內在堿性溶液中和過氧化氫發生氧化還原反應生成NaClO ₂，過氧化氫做還原劑被氧化為氧氣，反應的離子方程式為：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，適當條件下可結晶析出，從濾液中得到NaClO ₂•3H ₂ O粗晶體，是從溶液中得到含結晶水的晶體，只能采取蒸發、濃縮、冷卻結晶方法，通過過濾得到粗晶體，粗晶體進一步提純，再重新將粗晶體進行溶解，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，通過重結晶的方法提純；
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾；重結晶；
（4）設理論生成NaClO₂•3H₂O的質量為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．

點評 本題以學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，考查學生閱讀題目獲取信息的能力、對濃度概念的理解、對氧化還原反應相關知識的運用、有關實驗操作和簡單實驗設計能力考察以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力，題目有一定的難度．