Question

【題目】實驗室以NaClO3、H2SO4、SO2、H2O2和NaOH為原料，制備NaClO2和無水Na2SO4，其主要流程如下：

已知：① 2ClO2＋H2O2＋2NaOH=2NaClO2＋O2＋2H2O；

② 2ClO2＋2NaOH=NaClO2＋NaClO3＋H2O；

③溫度高于60 ℃時，NaClO2發生分解生成NaClO3和NaCl。

(1)反應1中SO2與NaClO3反應制得ClO2氣體，該反應的化學方程式為________。

(2)在圖1所示裝置中發生反應2生成NaClO2，反應過程中放出大量的熱。

①研究表明，實驗時吸收液中H2O2與NaOH的物料比需要控制在0.8左右，原因可能是____________________________________________________。

②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、濃度和體積不變的條件下，控制反應在0～3 ℃進行，實驗中可采取的措施是______________________。

③裝置Ⅱ的作用是________________________。

(3) 母液2經過減壓蒸發、冷卻結晶等操作獲得NaClO2粗產品。實驗中采用減壓蒸發的原因是________________________________________________。

(4) Na2SO4的溶解度曲線如圖2所示。請補充完整由母液1制備無水Na2SO4的實驗方案：______________________________________________________________，用無水乙醇洗滌，干燥得到產品。

Answer 1

【答案】SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4 H2O2受熱易分解，配料時應略過量，同時防止ClO2和NaOH反應生成雜質 使用冰水浴且緩慢通入ClO2 吸收ClO2，防止污染環境 可在較低溫度下使溶劑蒸發，防止NaClO2受熱分解 邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液至pH約為7時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾

【解析】

NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2發生反應1，NaClO3在酸性條件下具有強氧化性，與SO2發生氧化還原反應，NaClO3被還原為ClO2氣體，SO2被氧化生成NaHSO4，母液1中主要含有NaHSO4和殘留的H2SO4，加堿中和后進行提純，最終得到無水硫酸鈉；ClO2與H2O2、NaOH一起發生反應2，ClO2在堿性條件下被還原為NaClO2，反應后的母液2經一系列工藝提純后得到NaClO2；據此分析再結合題中信息進行解答。

（1）NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2發生反應1，在酸性條件下，NaClO3具有強氧化性，與SO2發生氧化還原反應，NaClO3發生還原反應生成ClO2，SO2發生氧化反應，根據圖中信息及得失電子守恒、原子守恒可知反應的方程式為：SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4；

（2）①反應2為2ClO2＋H2O2＋2NaOH=2NaClO2＋O2＋2H2O，由反應可知H2O2與NaOH的物料比為0.5，但由信息可知該反應會放出大量的熱，而H2O2受熱易分解，配料時H2O2應該略過量以保證反應能順利進行，另外還要防止因H2O2不足，ClO2和NaOH反應生成雜質，以致最終得到的產品不純，答案為：H2O2受熱易分解，配料時應略過量，同時防止ClO2和NaOH反應生成雜質；

②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、濃度和體積不變的條件下，控制反應在0～3 ℃進行，故對反應裝置使用冰水浴進行降溫，因為反應過程要放熱，同時ClO2的通入速度要慢，以免通入過快導致放熱過多引起溫度升高，答案為：使用冰水浴且緩慢通入ClO2；

③因為尾氣中的ClO2有毒，用裝置II中的NaOH溶液進行吸收處理，防止污染空氣，答案為：吸收ClO2，防止污染環境；

（3）溫度高于60 ℃時，NaClO2會發生分解生成NaClO3和NaCl，而減壓蒸發的蒸發溫度低，適合蒸發容易被高溫破壞的物質，由母液2提純NaClO2粗產品時，先減壓蒸發，再冷卻結晶，其中采用減壓蒸發可在較低溫度下使溶劑蒸發，防止NaClO2受熱分解。

（4）由圖可知Na2SO4的溶解度在溫度小于32℃隨溫度的升高而增大，而且在溫度小于32℃時析出的是Na2SO4·10H2O；溫度高于32℃隨溫度的升高而減小，母液1中含有較多的NaHSO4、H2SO4，可以邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液，使NaHSO4、H2SO4與NaOH溶液反應生成Na2SO4，至pH約為7時，反應恰好完成，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾，得到比較純凈的無水Na2SO4，答案為：邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液至pH約為7時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾。