Question

20．高氯酸銨（AP）是人工防冰雹的藥劑，在受劇熱撞擊能引起爆炸．通過電解-復分解法制備AP的流程以及相關物質的溶解度曲線如下：

請回答下列問題：
（1）流程中“一次分離”的操作是過濾；二次分離的操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶．
（2）反應器中加入氯化銨發(fā)生反應的離子方程式是NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓．
（3）若電解槽為隔膜式電解槽，隔膜為質子（H⁺）交換膜，電解槽中陽極的電極反應式是ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺．
（4）流程中設計循環(huán)利用的目的是充分利用原料，提高經濟效益．
（5）高氯酸銨在爆炸時放出大量的熱，生成水和三種氣體單質，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應，11.75g高氯酸銨爆炸時釋放akJ熱量，高氯酸銨爆炸的熱化學方程式是2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol（已知Mr（NH₄ClO₄）=117.5）
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無氧酸鹽，某同學用21.3gNaClO₃受熱分解生成的NaClO₄按上述流程制取高氯酸銨．整個流程中ClO₄^-損失了a%，最多能制得高氯酸銨的質量是18.375×（1-a%）g（已知：Mr（NaClO₃）=106.5）

Answer 1

分析 由圖可知，NH₄ClO₄的溶解度受溫度影響很大，NaCl溶解度受溫度影響不大，NH₄Cl、NaClO₄的溶解度受溫度影響也很大，但相同溫度下，它們溶解度遠大于NH₄ClO₄，故采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶可析出高氯酸銨；通過過濾得到粗產品，進一步得到純產品，需要經過重結晶．洗滌沉淀時為防止損失，用冷水洗滌．據此分析判斷；
（1）通過蒸發(fā)濃縮得到過飽和溶液，再降低溫度，溶解度小的物質析出，過濾得到粗產品，依據溶解度曲線變化趨勢分析，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶可析出高氯酸銨；
（2）氯化銨和高氯酸鈉反應生成高氯酸銨和氯化鈉；
（3）陽極上陰離子失電子發(fā)生氧化反應生成高氯酸鹽，結合電荷守恒和原子守恒配平書寫；
（4）循環(huán)使用的原則是參與反應，過程中又生成的物質循環(huán)使用，提高原料利用率，減少損耗；
（5）高氯酸銨在爆炸時放出大量的熱，生成水和三種氣體單質，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應，則反應生成物為：氮氣、氧氣、氯氣，原子守恒配平書寫得到化學方程式，結合定量關系計算對應反應定量關系下反應放出的熱量，標注物質聚集狀態(tài)和對一個反應的焓變得到熱化學方程式；
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無氧酸鹽，結合原子守恒配平書寫得到化學方程式，就定量關系計算得到；

解答 解：（1）通過蒸發(fā)濃縮得到過飽和溶液，再降低溫度，溶解度小的物質析出，過濾得到粗產品，要得到純產品，需要經過重結晶，由圖可知，NH₄ClO₄的溶解度受溫度影響很大，NaCl溶解度受溫度影響不大，NH₄Cl、NaClO₄的溶解度受溫度影響也很大，但相同溫度下，它們溶解度遠大于NH₄ClO₄，故采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶可析出高氯酸銨，
故答案為：過濾，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；
（2）制得粗產品的反應原理為：NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓，符合溶解度大的向溶解度小的方向移動原理，
故答案為：NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓；
（3）若電解槽為隔膜式電解槽，隔膜為質子（H⁺）交換膜，電解槽中陽極的電極反應式是ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺，
故答案為：ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺；
（4）循環(huán)使用的原則是參與反應，過程中又生成的物質循環(huán)使用，提高原料利用率，減少損耗，
故答案為：充分利用原料，提高經濟效益；
（5）高氯酸銨在爆炸時放出大量的熱，生成水和三種氣體單質，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應，則反應生成物為：氮氣、氧氣、氯氣，原子守恒配平書寫得到化學方程式，2NH₄ClO₄=N₂↑+2O₂↑+Cl₂↑+4H₂O，
11.75g高氯酸銨爆炸時釋放akJ熱量，2×117.5g高氯酸銨爆炸時釋放20akJ熱量，
結合定量關系計算對應反應定量關系下反應放出的熱量，標注物質聚集狀態(tài)和對一個反應的焓變得到熱化學方程式：2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol，
故答案為：2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol；
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無氧酸鹽，結合原子守恒配平得到化學方程式為：4NaClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3NaClO₄+NaCl
用21.3gNaClO₃受熱分解生成的NaClO₄按上述流程制取高氯酸銨．整個流程中ClO₄^-損失了a%，
4NaClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3NaClO₄+NaCl
4×106.5    3×122.5
21.3g         m
m=18.375g
由于NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓，所以最多能制得高氯酸銨的質量是18.375×（1-a%）；
故答案為：18.375×（1-a%）；

點評 本題以高氯酸銨（AP）是人工防冰雹的藥劑，在受劇熱撞擊能引起爆炸．通過電解-復分解法制備AP的流程為背景的綜合題，涉及理論分析、讀圖看圖、氧化還原反應，化學方程式計算等內容，考查學生對綜合實驗處理能力，難度較大．注意蒸發(fā)和冷卻結晶原理不同．