Question

3．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的含 氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌．以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：


已知：
①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO₂•3H₂O
②纯ClO₂常温下为气体，易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全
（1）10%的 NaOH溶液的密度为1.2g/cm³其物质的量浓度为3mol/L．
（2）在ClO₂发生器中当1gSO₂完全转化时，放出akJ热量，写出该热化学反应方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol
（3）写出吸收塔内发生的化学反应方程式H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O．吸收塔的温度不能超过40℃，其目的是防止H₂O₂分解．
（4）从滤液中得到的NaClO₂•3H₂O粗晶体中往往含有杂质，要得到更纯的NaClO₂•3H₂O晶体方法是重结晶．
（5）工业处理含NaClO₂废水时，先向废水中加入适量NaOH，用惰性电极电解该废水，同时制得NaClO₃，写出ClO₂^-在阳极放电时的电极反应方程式ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O．
（6）已知SO₂和Ar的混合气体中，SO₂的百分含量为5.6a%，当bL（标况下）该混合气体参加反应时，理论上需要的17%的H₂O₂的质量为0.5ab g（结果必须化简）．

Answer 1

分析 ClO₂在二氧化硫和Ar气混合气体中不易分解爆炸，在吸收塔中挤入氢氧化钠溶液和过氧化氢发生氧化还原反应生成NaClO₂，NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体NaClO₂•3H₂O，
（1）设氢氧化钠溶液的体积为VL，先根据m=ρV、n=$\frac{m}{M}$计算出氢氧化钠的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算出NaOH溶液物质的量浓度；
（2）1gSO₂完全转化时，放出akJ热量，1molSO₂完全转化时，放出64akJ热量；
（3）根据题目信息并运用氧化还原反应理论判断反应物、生成物．根据流程信息可知，吸收塔内生成NaClO₂，一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生；
（4）从溶液中得到含结晶水的晶体，只能采取蒸发、浓缩、冷却结晶方法，通过过滤得到粗晶体．得到的粗晶体经过重结晶可得到纯度更高的晶体；
（5）ClO₂^-失电子生成ClO₃^-；
（6）根据方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g），H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O计算．

解答 解：ClO₂在二氧化硫和Ar气混合气体中不易分解爆炸，在吸收塔中挤入氢氧化钠溶液和过氧化氢发生氧化还原反应生成NaClO₂，NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体NaClO₂•3H₂O，
（1）质量分数为10%、密度为1.2g/cm³的NaOH溶液，
设氢氧化钠溶液的体积为VL，
则m=ρV=1.2g/cm³×V×10³ml×10%=1.2V×10²g，则n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1.2V×1{0}^{2}}{40}$=3Vmol，所以c=$\frac{n}{V}$=3mol/L，故答案为：3mol/L；
（2）1gSO₂完全转化时，放出akJ热量，1molSO₂完全转化时，放出64akJ热量，热化学反应方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol，
故答案为：2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g）△H=-64akJ/mol；
（3）根据流程信息可知，吸收塔内生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原；则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应方程式为2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2 NaClO₂+2H₂O+O₂．H₂O₂不稳定，温度过高，H₂O₂容易分解，吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是防止H₂O₂分解，
故答案为：H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O；防止H₂O₂分解；
（4）得到的粗晶体经过重结晶可得到纯度更高的晶体，故答案为：重结晶；
（5）ClO₂^-失电子生成ClO₃^-，电极反应方程式：ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O，故答案为：ClO₂^--2e^-+2OH^-=ClO₃^-+H₂O；
（6）根据方程式2NaClO₃（aq）+SO₂（g）=Na₂SO₄（aq）+2ClO₂（g），H₂O₂+2ClO₂+2NaOH=2NaClO₂+O₂↑+H₂O
可知SO₂～H₂O₂为1：1
设需要的17%的H₂O₂的质量为x g
$\frac{b}{22.4}$×5.6a%=$\frac{x×17%}{34}$       x=0.5ab
故答案为：0.5ab．

点评 本题以学生比较陌生的亚氯酸钠制备为背景，以过氧化氢法制备亚氯酸钠为主线，考察学生阅读题目获取信息的能力、对浓度概念的理解、对氧化还原反应相关知识的运用、有关实验操作和简单实验设计能力考察以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力，题目难度较大．