Question

4．亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)，工業(yè)上生產亞氯酸鈉和高氯酸的工藝流程如圖：

已知：NaHSO₄的溶解度隨溫度的升高而增大，適當條件下可結晶析出．請回答下列問題：
（1）NaClO₂中氯元素的化合價為+3；某飽和NaCl溶液中含有CaCl₂、MgCl₂、Na₂SO₄等雜質，通過如下幾個實驗步驟，可制得純凈的食鹽水：
①加入稍過量的Na₂CO₃溶液；
②加入稍過量的NaOH溶液；
③加入稍過量的BaCl₂溶液；
④滴入稀鹽酸至無氣泡產生；
⑤過濾．正確的操作順序是③②①⑤④．
（2）氣體b是H₂      （填化學式）；無隔膜點解槽中陽極的電極反應式為Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺．
（3）反應器 I中發(fā)生反應的化學方程式為3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷卻的目的是降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結晶析出．
（4）反應器 II中發(fā)生反應的離子方程式為2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O
（5）常溫下，HClO₂的電離平衡常數(shù)K_a=1.07×10^-2，反應器 II中反應所得NaClO₂溶液（含少量NaOH）的pH=13，則溶液中$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{O}_{2}^{-}）}{c（HCl{O}_{2}）}$=1.07×10¹⁰．

Answer 1

分析 由流程圖可知，電解飽和氯化鈉反應得到NaClO₃，陽極反應式為：Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺，陰極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂，氣體b為還原產物H₂，反應器I為NaClO₃與濃硫酸反應，反應方程式為3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，冷卻反應液得到NaHSO₄晶體，對濾液蒸餾得到HClO₄純品，ClO₂氣體在反應器Ⅱ中與氫氧化鈉、水、二氧化硫生成NaClO₂粗品，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）NaClO₂中鈉元素+1價，氧元素-2價，化合物中化合價代數(shù)和為0，則氯元素化合價為+3價；除去某飽和NaCl溶液中含有的CaCl₂、MgCl₂、Na₂SO₄等雜質，加氯化鋇除去Na₂SO₄，加NaOH除去MgCl₂，加碳酸鈉除去CaCl₂，且碳酸鈉可除去過量的BaCl₂，過濾后加鹽酸、蒸發(fā)得到NaCl；
故答案為：+3；③②①⑤④；
（2）由流程圖可知，電解飽和氯化鈉反應得到NaClO₃，陽極反應式為：Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺，陰極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂，氣體b為還原產物H₂；
故答案為：H₂；Cl^--6e^-+3H₂O=ClO₃^-+6H⁺；
（3）反應器I為NaClO₃與濃硫酸反應，反應方程式為3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；由題可知NaHSO₄的溶解度隨溫度的升高而增大，適當條件下可結晶析出，故冷卻降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結晶析出；
故答案為：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結晶析出；
（4）ClO₂氣體在反應器Ⅱ中與氫氧化鈉、水、二氧化硫生成NaClO₂粗品，氯元素化合價降低，則硫元素化合價升高到硫酸根離子，故離子方程式為：2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
故答案為：2ClO₂+SO₂+4OH_-=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（5）常溫下，HClO₂的電離平衡常數(shù)K_a=1.07×10^-2，反應器 II中反應所得NaClO₂溶液（含少量NaOH）的pH=13，則c（H⁺）=10^-13，c（OH^-）=10^-1，則溶液中$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{O}_{2}^{-}）}{c（HCl{O}_{2}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（Cl{{O}_{2}}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（HCl{O}_{2}）•c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{a}•c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1.07×1{0}^{-2}×1{0}^{-1}}{1{0}^{-13}}$=1.07×10¹⁰；
故答案為：1.07×10¹⁰．

點評 本題考查物質制備實驗方案，明確化學工藝流程是解題關鍵，涉及電解原理、氧化還原反應方程式的書寫、計算等內容，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，題目難度中等．