Question

11．高氯酸是一種酸性極強的無機含氧酸，可用于制備高氯酸鹽、人造金剛石提純等方面．
查閱資料得到以下有關高氯酸的信息：

名稱	分子式	外觀	沸點
高氯酸	HClO4	無色液體	130℃

工業(yè)上生產(chǎn)高氯酸的同時還生產(chǎn)了亞氯酸鈉，工業(yè)流程如圖：

（1）操作①的名稱是過濾．
（2）反應器Ⅰ中投料時需加入過量濃硫酸，請簡述目的為了產(chǎn)物能得到HClO₄而不是NaClO₄．
（3）反應器Ⅱ中發(fā)生反應的離子方程式為4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O．
（4）某學習小組模擬工業(yè)流程圖中的蒸餾過程，有液體流出時立即收集產(chǎn)品以獲得HClO₄純品．請評價這一操作是否合理并說明理由不合理，因為水的沸點是100℃，HClO₄的沸點是130℃，所以最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄．
（5）若想得到201kg的 HClO₄純品，至少需要NaClO₃639kg．
（6）工業(yè)上也可用鉑作陽極、銅作陰極電解鹽酸制得高氯酸，在陽極區(qū)可得到20%的高氯酸．寫出陽極的電極反應式（其中鹽酸與高氯酸以化學式出現(xiàn)）4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

Answer 1

分析 NaClO₃和濃H₂SO₄在反應器I中反應：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，ClO₂在反應器II中與二氧化硫、氫氧化鈉反應2ClO₂+SO₂+4NaOH═2NaClO₂+Na₂SO₄+2H₂O；生成亞氯酸鈉，再得到其晶體；反應器I中得到的溶液通過冷卻過濾得到NaHSO₄晶體，濾液為HClO₄，蒸餾得到純凈的HClO₄．
（1）根據(jù)上述分析，操作①為過濾分離晶體和溶液；
（2）加入過量的硫酸是為了制得高氯酸，如果硫酸加少了會生成高氯酸鈉；
（3）反應器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應生成亞氯酸鈉；
（4）水的沸點是100℃，HClO₄的沸點是130℃，最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄；
（5）根據(jù)方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O進行計算；
（6）電解鹽酸的電解池中，陽極是Cl^-失電子發(fā)生氧化反應的過程．

解答 解：NaClO₃和濃H₂SO₄在反應器I中反應生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，其反應的化學方程式為：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；冷卻溶液時會降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結晶析出；高氯酸的沸點低，易揮發(fā)，蒸餾可以得到純凈的高氯酸，
（1）根據(jù)上述分析，操作①為過濾，
故答案為：過濾；
（2）反應器Ⅰ中投料時如果硫酸加少了會生成高氯酸鈉，加入過量的硫酸是為了制得高氯酸，
故答案為：為了產(chǎn)物能得到HClO₄而不是NaClO₄；
（3）反應器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應生成亞氯酸鈉，其反應的離子方程式為：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（4）水沸點是100℃，HClO₄的沸點是130℃，最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄，有液體流出時立即收集得到的是誰，不能得到HClO₄純品，因此不合理，
故答案為：不合理，因為水的沸點是100℃，HClO₄的沸點是130℃，所以最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄；
（5）設需要NaClO₃x，根據(jù)方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，
                             3×106.5g        100.5g
                                x              201kg
x=639kg，
故答案為：639；
（6）鉑作陽極、銅作陰極電解鹽酸時，陽極是Cl^-失電子發(fā)生氧化反應的過程，即電極反應式為：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺，
故答案為：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

點評 本題以亞氯酸鈉制備為背景，考查了學生閱讀題目獲取信息的能力、對氧化還原反應相關知識的運用、有關實驗操作和簡單實驗設計能力，以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力，題目難度中等．