Question

4．亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的消毒剂，主要用于水、砂糖、油脂的漂白与杀毒．以下是制取亚铝酸钠的工艺流程：

已知：
①NaClO₂ 的溶解度随着温度升高而增大，适当条件下可结晶析出．
②ClO₂气体在中性和碱性溶液中不能稳定存在．
（1）在无隔膜电解槽中持续电解一段时间后，请写出阳极的电极反应方程式：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O．生成ClO₂ 气体的反应中所加X酸为硫酸．
（2）吸收塔内的温度不能过高的原因为：防止H₂O₂分解 ClO₂ 吸收塔内发生反应的离子反应为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（3）从滤液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶体的操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤； 粗晶体进一步提纯的实验操作名称是重结晶．
（4）a kg 30% H₂O₂ 理论上可最多制得2.55akg NaClO₂•3H₂O．

Answer 1

分析 无隔膜电解槽中持续电解饱和氯化钠溶液，则电解生成的氯气和氢氧化钠反应生成氯酸钠溶液，通二氧化硫和X酸还原氯酸钠溶液生成二氧化氯，再用双氧水、氢氧化钠吸收反应生成亚氯酸钠，过滤的亚氯酸钠（NaClO₂）溶液通过蒸发结晶得到亚氯酸钠晶体．
（1）根据电解池中阳极失去电子结合产物书写；由于ClO₂气体在中性和碱性溶液中不能稳定存在，所以只能在酸性环境中存在．由于在酸性条件下，氯酸钠容易和盐酸发生氧化还原反应，所以X应该是硫酸；
（2）H₂O₂不稳定，温度过高，H₂O₂容易分解，吸收塔的温度不能过高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO ₂ 吸收塔内在碱性溶液中和过氧化氢发生氧化还原反应生成NaClO ₂，过氧化氢做还原剂被氧化为氧气；
（3）从溶液中得到含结晶水的晶体，是采取蒸发、浓缩、冷却结晶方法，通过过滤得到粗晶体，粗晶体进一步提纯，再重新将粗晶体进行溶解，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，通过重结晶的方法提纯；
（4）依据反应2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O的定量关系计算得到晶体理论质量．

解答 解：（1）电解池中阳极失去电子，所以溶液中的氯离子在阳极失去电子，因此反应的电极反应式是Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O，由于ClO₂气体在中性和碱性溶液中不能稳定存在，所以只能在酸性环境中存在．由于在酸性条件下，氯酸钠容易和盐酸发生氧化还原反应，所以X应该是硫酸，
故答案为：Cl^--6e^-+6OH^-=ClO₃^-+3H₂O；硫酸；
（2）H₂O₂不稳定，温度过高，H₂O₂容易分解，吸收塔的温度不能过高，其目的是防止H₂O₂分解，ClO₂ 吸收塔内在碱性溶液中和过氧化氢发生氧化还原反应生成NaClO ₂，过氧化氢做还原剂被氧化为氧气，反应的离子方程式为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
故答案为：防止H₂O₂分解；2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）NaClO ₂ 的溶解度随着温度升高而增大，适当条件下可结晶析出，从滤液中得到NaClO ₂•3H ₂ O粗晶体，是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，粗晶体进一步提纯，再重新将粗晶体进行溶解，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，通过重结晶的方法提纯；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；重结晶；
（4）设理论生成NaClO₂•3H₂O的质量为m，则
H₂O₂～2ClO₂^-～2NaClO₂•3H₂O
34             289
a kg×30%       m
m=$\frac{akg×30%×289}{34}$=2.55akg，
故答案为：2.55a．

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，考查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，题目有一定的难度．