Question

3．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(chǎn)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(jié)晶析出NaClO₂•3H₂O
②純ClO₂常溫下為氣體，易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10%以下安全
（1）10%的 NaOH溶液的密度為1.2g/cm³其物質(zhì)的量濃度為3mol/L．
（2）在ClO₂發(fā)生器中當1gSO₂完全轉(zhuǎn)化時，放出akJ熱量，寫出該熱化學反應(yīng)方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol
（3）寫出吸收塔內(nèi)發(fā)生的化學反應(yīng)方程式H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O．吸收塔的溫度不能超過40℃，其目的是防止H₂O₂分解．
（4）從濾液中得到的NaClO₂•3H₂O粗晶體中往往含有雜質(zhì)，要得到更純的NaClO₂•3H₂O晶體方法是重結(jié)晶．
（5）工業(yè)處理含NaClO₂廢水時，先向廢水中加入適量NaOH，用惰性電極電解該廢水，同時制得NaClO₃，寫出ClO₂^-在陽極放電時的電極反應(yīng)方程式ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O．
（6）已知SO₂和Ar的混合氣體中，SO₂的百分含量為5.6a%，當bL（標況下）該混合氣體參加反應(yīng)時，理論上需要的17%的H₂O₂的質(zhì)量為0.5ab g（結(jié)果必須化簡）．

Answer 1

分析 ClO₂在二氧化硫和Ar氣混合氣體中不易分解爆炸，在吸收塔中擠入氫氧化鈉溶液和過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO₂，NaClO₂的溶解度隨溫度升高而增大，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體NaClO₂•3H₂O，
（1）設(shè)氫氧化鈉溶液的體積為VL，先根據(jù)m=ρV、n=$\frac{m}{M}$計算出氫氧化鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算出NaOH溶液物質(zhì)的量濃度；
（2）1gSO₂完全轉(zhuǎn)化時，放出akJ熱量，1molSO₂完全轉(zhuǎn)化時，放出64akJ熱量；
（3）根據(jù)題目信息并運用氧化還原反應(yīng)理論判斷反應(yīng)物、生成物．根據(jù)流程信息可知，吸收塔內(nèi)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(chǎn)生；
（4）從溶液中得到含結(jié)晶水的晶體，只能采取蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶方法，通過過濾得到粗晶體．得到的粗晶體經(jīng)過重結(jié)晶可得到純度更高的晶體；
（5）ClO₂^-失電子生成ClO₃^-；
（6）根據(jù)方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g），H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O計算．

解答 解：ClO₂在二氧化硫和Ar氣混合氣體中不易分解爆炸，在吸收塔中擠入氫氧化鈉溶液和過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO₂，NaClO₂的溶解度隨溫度升高而增大，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體NaClO₂•3H₂O，
（1）質(zhì)量分數(shù)為10%、密度為1.2g/cm³的NaOH溶液，
設(shè)氫氧化鈉溶液的體積為VL，
則m=ρV=1.2g/cm³×V×10³ml×10%=1.2V×10²g，則n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1.2V×1{0}^{2}}{40}$=3Vmol，所以c=$\frac{n}{V}$=3mol/L，故答案為：3mol/L；
（2）1gSO₂完全轉(zhuǎn)化時，放出akJ熱量，1molSO₂完全轉(zhuǎn)化時，放出64akJ熱量，熱化學反應(yīng)方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol，
故答案為：2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol；
（3）根據(jù)流程信息可知，吸收塔內(nèi)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(chǎn)生，反應(yīng)方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．H₂O₂不穩(wěn)定，溫度過高，H₂O₂容易分解，吸收塔的溫度不能超過20℃，其目的是防止H₂O₂分解，
故答案為：H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O；防止H₂O₂分解；
（4）得到的粗晶體經(jīng)過重結(jié)晶可得到純度更高的晶體，故答案為：重結(jié)晶；
（5）ClO₂^-失電子生成ClO₃^-，電極反應(yīng)方程式：ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O，故答案為：ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O；
（6）根據(jù)方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g），H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O
可知SO₂～H₂O₂為1：1
設(shè)需要的17%的H₂O₂的質(zhì)量為x g
$\frac{22.4}$×5.6a%=$\frac{x×17%}{34}$       x=0.5ab
故答案為：0.5ab．

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(yīng)相關(guān)知識的運用、有關(guān)實驗操作和簡單實驗設(shè)計能力考察以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力，題目難度較大．