Question

【題目】次氯酸溶液由于其具有極強的氧化性，可以使病毒的核酸物質發生氧化反應，從而殺滅病毒，是常用的消毒劑和漂白劑。已知：

Ⅰ.常溫常壓下，Cl2O 為棕黃色氣體，沸點為 3.8℃，42 ℃以上會分解生成 Cl2 和 O2，Cl2O 易溶于水并與水立即反應生成 HClO。

Ⅱ.將氯氣和空氣(不參與反應)按體積比1∶3 混合通入潮濕的碳酸鈉中生成Cl2O 氣體，用水吸收Cl2O(不含 Cl2)制得次氯酸溶液。某實驗室利用以下裝置制備濃度不小于 0.8mol/L 的次氯酸溶液。

A. B. C. D. E.

回答下列問題：

(1)裝置D 的作用為_______________。

(2)配平裝置 B 中的反應___________：Cl2+Na2CO3+H2O = Cl2O+NaCl+NaHCO3。寫出Cl2O 的結構式為_____。

(3)裝置C 中加入的試劑X 為CCl4，其作用是__________。

(4)各裝置的連接順序為 A→____________→____________→______________→E。

(5)此方法相對于氯氣直接溶于水制備次氯酸溶液的優點是__________。(答出 1 條即可)

(6)若裝置 B 中生成的 Cl2O 氣體有 20%滯留在E 前各裝置中，其余均溶于裝置E 的水中，裝置E 所得 500mL 次氯酸溶液濃度為 0.8mol/L，則至少需要含水 8%的碳酸鈉的質量為_____g。

Answer 1

【答案】除去氯氣中的HCl氣體；觀察產生氣泡的速度來調節流速和體積比 1:3 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3 Cl-O-Cl 除去Cl2O 中的 Cl2，提高制得的 HClO 的純度 D B C 制備的HClO的濃度大，純度高，不含有Cl- 57.6

【解析】

該實驗屬于物質制備類實驗，所需原料為氯氣和空氣，并且要注意體積比1:3這個要求；因此就出現了這兩個問題：(1)原料Cl2含有雜質需要除雜；(2)如何準確地控制兩種原料氣體積比；帶著問題分析每個裝置的作用就不難發現D裝置就恰好能解決上述兩個問題。接下來，由于B中的制備反應是氣體與固體的反應，所以產物中肯定含有未反應完全的原料氣，所以這里又出現了一個問題：未反應完的原料氣是否會干擾后續的制備，如何除去；通過分析不難發現裝置C恰好可以解決上述問題；最終在裝置E中，成功制備了純度較高的次氯酸溶液。

(1)裝置D的作用一方面要對裝置A制備的Cl2進行凈化除雜，另一方面也要保證空氣和氯氣的最佳體積比；所以D的作用為：除去氯氣中的HCl雜質，同時觀察氣泡的速度來調節氯氣和空氣的體積比至1:3；

(2)根據題意，B中發生的反應為2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3，Cl2O中的O為-2價，Cl為+1價，所以該反應是氯元素的歧化反應；根據Cl2O中氯和氧的價態可推測其結構為Cl-O-Cl；

(3)題干中提到，用水吸收Cl2O制得次氯酸溶液，Cl2O中不能含有Cl2，而B處的反應是氣體與固體的反應，必然會有一部分Cl2無法反應，因此，需要對B裝置的出口氣體進行除氯氣操作，C中的CCl4由于與Cl2極性相近，可以將Cl2吸收，所以C的作用即：除去中的Cl2，提高次氯酸溶液的純度；

(4)結合以上分析，可知連接順序為A→D→B→C→E；

(5)氯氣直接溶解在水中會生成鹽酸雜質，并且由于Cl2在水中溶解度很小，所以制備的次氯酸的濃度也不高，因此該方法的優點為：制備的次氯酸溶液濃度大，純度高；

(6)由題可知，E中次氯酸的含量為0.4mol，根據E中發生的反應：，可知E中參與反應的n(Cl2O)=0.2mol，所以總共生成的Cl2O的物質的量為。根據Cl2O的制備反應方程式可知，所需碳酸鈉的物質的量為：，那么至少需要含水量8%的碳酸鈉的質量為。