Question

20．ClO₂是一種高效、廣譜、安全的殺菌、消毒劑，易溶于水．制備方法如下：

（1）步驟Ⅰ：電解食鹽水制備氯酸鈉．用于電解的食鹽水需先除去其中的  Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)．在除雜操作時(shí)，往粗鹽水中先加入過(guò)量的BaCl₂（填化學(xué)式），至沉淀不再產(chǎn)生后，再加入過(guò)量的Na₂CO₃和NaOH，充分反應(yīng)后將沉淀一并濾去．
（2）步驟Ⅱ：將步驟Ⅰ得到的食鹽水在特定條件下電解得到氯酸鈉（NaClO₃），再將它與鹽酸反應(yīng)生成ClO₂與Cl₂，ClO₂與Cl₂的物質(zhì)的量比是2：1．
（3）學(xué)生擬用如圖1所示裝置模擬工業(yè)制取并收集ClO₂，用NaClO₃和草酸（H₂C₂O₄）恒溫在60℃時(shí)反應(yīng)制得．
反應(yīng)過(guò)程中需要對(duì)A容器進(jìn)行加熱，加熱的方式為水浴加熱；加熱需要的玻璃儀器除酒精燈外，還有溫度計(jì)、大燒杯；
（4）反應(yīng)后在裝置C中可得亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液．已知NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)，析出的晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時(shí)析出的是NaClO₂．根據(jù)如圖所示NaClO₂的溶解度曲線，請(qǐng)完成從NaClO₂溶液中制得NaClO₂•3H₂O的操作步驟：①蒸發(fā)濃縮；②冷卻（大于38℃）結(jié)晶；③洗滌；④干燥．
（5）目前我國(guó)已成功研制出利用NaClO₂制取二氧化氯的新方法，將Cl₂通入到NaClO₂溶液中．現(xiàn)制取270kg二氧化氯，需要亞氯酸鈉的質(zhì)量是362kg．
（6）ClO₂和Cl₂均能將電鍍廢水中的劇毒CN^-氧化為無(wú)毒物質(zhì)，自身被還原為Cl^-．處理含CN^-相同量的電鍍廢水，所需Cl₂的物質(zhì)的量是ClO₂的2.5倍．

Answer 1

分析 （1）溶液中的雜質(zhì)離子為鈣離子、鎂離子和硫酸根離子，根據(jù)鎂離子用氫氧根離子沉淀，硫酸根離子用鋇離子沉淀，鈣離子用碳酸根離子沉淀，加碳酸鈉要放在加氯化鋇之后，可以將過(guò)量的鋇離子沉淀除去，最后再用鹽酸處理溶液中的碳酸根離子和氫氧根離子，所以往粗鹽水中先加入過(guò)量的BaCl₂，至沉淀不再產(chǎn)生后，再加入過(guò)量的Na₂CO₃和NaOH，充分反應(yīng)后將沉淀一并濾去；
（2）根據(jù)NaClO₃與鹽酸反應(yīng)生成ClO₂與Cl₂的反應(yīng)可知，生成每摩爾Cl₂失去2mol電子，而生成每摩爾ClO₂得到1mol電子，根據(jù)電子得失守恒計(jì)算；
（3）工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得ClO₂、K₂CO₃和CO₂，所以反應(yīng)要用水浴加熱；
（4）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥的方法；
（5）根據(jù)氯氣與亞氯酸鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式和二氧化氯的質(zhì)量，列出比例式，就可計(jì)算出參加反應(yīng)的亞氯酸鈉的質(zhì)量；
（6）處理含CN^-相同量的電鍍廢水時(shí)，每摩爾Cl₂得到2mol電子，而每摩爾ClO₂得到5mol電子，故為2.5倍．

解答 解：（1）要先除硫酸根離子，然后再除鈣離子，碳酸鈉可以除去過(guò)量的鋇離子，如果加反了，過(guò)量的鋇離子就沒(méi)法除去，至于加氫氧化鈉除去鎂離子順序不受限制，因?yàn)檫^(guò)量的氫氧化鈉加鹽酸就可以調(diào)節(jié)了，只要將三種離子除完了，過(guò)濾就行了，最后加鹽酸除去過(guò)量的氫氧根離子碳酸根離子，其次除雜操作時(shí)，往粗鹽水中先加入過(guò)量的BaCl₂，至沉淀不再產(chǎn)生后，再加入過(guò)量的Na₂CO₃，和NaOH溶液，充分反應(yīng)后將沉淀一并濾去；
故答案為：BaCl₂；Na₂CO₃；
（2）根據(jù)NaClO₃與鹽酸反應(yīng)生成ClO₂與Cl₂的反應(yīng)可知，生成每摩爾Cl₂失去2mol電子，而生成每摩爾ClO₂得到1mol電子，根據(jù)電子得失守恒可知，生成ClO₂與Cl₂的物質(zhì)的量比是2：1，
故答案為：2：1；
（3）工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得ClO₂、K₂CO₃和CO₂，所以反應(yīng)要用水浴加熱，為了準(zhǔn)確測(cè)量水浴的溫度需要用溫度計(jì)，另外水浴裝置中除酒精燈外，還需要用大燒杯，
故答案為：水浴加熱；溫度計(jì)、大燒杯；
（4）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)濃縮、冷卻（大于38℃）結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥的方法，為防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，趁熱過(guò)濾；用38℃～60℃熱水洗滌；低于60℃干燥；
故答案為：蒸發(fā)濃縮； 冷卻（大于38℃）結(jié)晶；
（5）設(shè)亞氯酸鈉的質(zhì)量是為xkg，
 根據(jù)反應(yīng) 2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂
            181             135
            x               270kg
所以x=$\frac{270kg×181}{135}$=362
故答案為：362kg；
（6）處理含CN^-相同量的電鍍廢水時(shí)，每摩爾Cl₂得到2mol電子，而每摩爾ClO₂得到5mol電子，則所需Cl₂的物質(zhì)的量是ClO₂的2.5倍，
故答案為：2.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程，涉及氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移計(jì)算，化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法（除雜）等相關(guān)知識(shí)，題目難度中等，注意把握物質(zhì)的分離、提純操作方法，題目難度不大，該部分內(nèi)容是高考的熱點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵．