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4.亚氯酸钠(NaClO2)是一种强氧化性漂白剂,广泛用于纺织、印染和食品工业,工业上生产亚氯酸钠和高氯酸的工艺流程如图:

已知:NaHSO4的溶解度随温度的升高而增大,适当条件下可结晶析出.请回答下列问题:
(1)NaClO2中氯元素的化合价为+3;某饱和NaCl溶液中含有CaCl2、MgCl2、Na2SO4等杂质,通过如下几个实验步骤,可制得纯净的食盐水:
①加入稍过量的Na2CO3溶液;
②加入稍过量的NaOH溶液;
③加入稍过量的BaCl2溶液;
④滴入稀盐酸至无气泡产生;
⑤过滤.正确的操作顺序是③②①⑤④.
(2)气体b是H2      (填化学式);无隔膜点解槽中阳极的电极反应式为Cl--6e-+3H2O=ClO3-+6H+
(3)反应器 I中发生反应的化学方程式为3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O,冷却的目的是降低NaHSO4的溶解度,使NaHSO4结晶析出.
(4)反应器 II中发生反应的离子方程式为2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O
(5)常温下,HClO2的电离平衡常数Ka=1.07×10-2,反应器 II中反应所得NaClO2溶液(含少量NaOH)的pH=13,则溶液中$\frac{c(O{H}^{-})•c(Cl{O}_{2}^{-})}{c(HCl{O}_{2})}$=1.07×1010

分析 由流程图可知,电解饱和氯化钠反应得到NaClO3,阳极反应式为:Cl--6e-+3H2O=ClO3-+6H+,阴极反应式为:2H++2e-=H2,气体b为还原产物H2,反应器I为NaClO3与浓硫酸反应,反应方程式为3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O,冷却反应液得到NaHSO4晶体,对滤液蒸馏得到HClO4纯品,ClO2气体在反应器Ⅱ中与氢氧化钠、水、二氧化硫生成NaClO2粗品,据此分析解答.

解答 解:(1)NaClO2中钠元素+1价,氧元素-2价,化合物中化合价代数和为0,则氯元素化合价为+3价;除去某饱和NaCl溶液中含有的CaCl2、MgCl2、Na2SO4等杂质,加氯化钡除去Na2SO4,加NaOH除去MgCl2,加碳酸钠除去CaCl2,且碳酸钠可除去过量的BaCl2,过滤后加盐酸、蒸发得到NaCl;
故答案为:+3;③②①⑤④;
(2)由流程图可知,电解饱和氯化钠反应得到NaClO3,阳极反应式为:Cl--6e-+3H2O=ClO3-+6H+,阴极反应式为:2H++2e-=H2,气体b为还原产物H2
故答案为:H2;Cl--6e-+3H2O=ClO3-+6H+
(3)反应器I为NaClO3与浓硫酸反应,反应方程式为3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O;由题可知NaHSO4的溶解度随温度的升高而增大,适当条件下可结晶析出,故冷却降低NaHSO4的溶解度,使NaHSO4结晶析出;
故答案为:3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O;降低NaHSO4的溶解度,使NaHSO4结晶析出;
(4)ClO2气体在反应器Ⅱ中与氢氧化钠、水、二氧化硫生成NaClO2粗品,氯元素化合价降低,则硫元素化合价升高到硫酸根离子,故离子方程式为:2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O;
故答案为:2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O;
(5)常温下,HClO2的电离平衡常数Ka=1.07×10-2,反应器 II中反应所得NaClO2溶液(含少量NaOH)的pH=13,则c(H+)=10-13,c(OH-)=10-1,则溶液中$\frac{c(O{H}^{-})•c(Cl{O}_{2}^{-})}{c(HCl{O}_{2})}$=$\frac{c(O{H}^{-})•c(Cl{{O}_{2}}^{-})•c({H}^{+})}{c(HCl{O}_{2})•c({H}^{+})}$=$\frac{{K}_{a}•c(O{H}^{-})}{c({H}^{+})}$=$\frac{1.07×1{0}^{-2}×1{0}^{-1}}{1{0}^{-13}}$=1.07×1010
故答案为:1.07×1010

点评 本题考查物质制备实验方案,明确化学工艺流程是解题关键,涉及电解原理、氧化还原反应方程式的书写、计算等内容,侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查,题目难度中等.

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