Question

14．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種重要的含氯消毒劑，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白與殺菌．以下是過氧化氫法生產亞氯酸鈉的工藝流程圖：

已知：①NaClO₂的溶解度隨溫度升高而增大，適當條件下可結晶析出NaClO₂•3H₂O．
②純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全．
③160g/L NaOH溶液是指160g NaOH固體溶于水所得溶液的體積為1L，其密度約為1.2g/mL．
（1）160g•L^-1 NaOH溶液的質量分數為13.3%．
（2）發生器中鼓入空氣的作用可能是b（選填序號）．
a．將SO₂氧化成SO₃，增強酸性
b．稀釋ClO₂以防止爆炸
c．將NaClO₃氧化成ClO₂
（3）ClO₂發生器中的主要反應方程式為2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄，吸收塔內的反應的化學方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O₂+O₂．
（4）吸收塔中為防止NaClO₂被還原成NaCl，所用還原劑的還原性應適中．除H₂O₂外，還可以選擇的還原劑是a（選填序號）．
a．Na₂O₂                b．Na₂S                c．FeCl₂
（5）從濾液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶體的實驗操作依次是b、e、d（選填序號）．
a．蒸餾        b．蒸發        c．灼燒       d．過濾       e．冷卻結晶．

Answer 1

分析 本題是過氧化氫法生產亞氯酸鈉的工藝流程，涉及反應器中為了稀釋ClO₂以防止爆炸需要不斷鼓入空氣、反應器中的反應原理、吸收塔內發生的反應原理等，還探究了混合物的分離、提純的操作；
（1）濃度g/L表示1L溶液中所含溶質質量的多少．160g/LNaOH溶液表示1L氫氧化鈉溶液含有160gNaOH．令溶液體積為1L，計算氫氧化鈉溶液的質量，即可求出溶液的質量分數；
（2）由信息②可知，純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全．據此解答；
（3）根據題目信息并運用氧化還原反應理論判斷反應物、生成物，根據流程信息可知，發生器內是利用SO₂還原NaClO₃得ClO₂，同時得到Na₂SO₄，結合質量守恒可寫出反應方程式，吸收塔內生成NaClO₂，一定有ClO₂→NaClO₂，化合價降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產生．據此書寫方程式；
（4）還原性要適中．還原性太強，會將ClO₂還原為更低價態產物，影響NaClO₂生產；方便后續分離提純，加入試劑不能干擾后續生產．Na₂O₂溶于水相當于H₂O₂；
（5）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．得到的粗晶體經過重結晶可得到純度更高的晶體．

解答 解：（1）濃度g/L表示1L溶液中所含溶質質量的多少．160g/LNaOH溶液表示1L氫氧化鈉溶液含有160gNaOH．令溶液體積為1L，則1LNaOH溶液的質量為1L×1000mL/L×1.2g/mL=1200g，所以該溶液氫氧化鈉的質量分數為$\frac{160g}{1200g}×100%$=13.3%，故答案為：13.3%；
（2）由信息②可知，純ClO₂易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全．發生器中鼓入空氣的作用應是稀釋ClO₂以防止爆炸，故選：b；
（3）根據流程信息可知，發生器內SO₂還原得NaClO₃得ClO₂，發生反應的化學方程式為2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄，吸收塔內生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合價降低，被還原；則H₂O₂必定被氧化，有氧氣產生，反應方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂，故答案為：2NaClO₃+SO₂=2ClO₂+Na₂SO₄；2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O₂+O₂；
（5）還原性要適中．還原性太強，會將ClO₂還原為更低價態產物，影響NaClO₂生產；方便后續分離提純，加入試劑不能干擾后續生產．Na₂O₂溶于水相當于H₂O₂．Na₂S、FeCl₂還原性較強，生成物與NaClO₂分離比較困難，故選：a；
（6）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．所以操作順序為b、e、d，故答案為：b、e、d．

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，考察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．