Question

【題目】碘化鈉在光學器件石油探測、安檢、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某研究小組開發(fā)設(shè)計的制備高純NaI的簡化流程如圖：

已知：

①I2(s)＋I-(aq)I3-(aq)。

②水合肼(N2H4H2O)具有強還原性，可分別將碘的各種酸根和I2還原為I-，本身被氧化為無毒物質(zhì)。

③NaI易溶于水，也易溶于酒精，在酒精中的溶解度隨溫度的升高增加不大。

請回答：

（1）步驟Ⅰ，I2與NaHCO3溶液發(fā)生歧化反應(yīng)，生成物中含IO-和IO3-離子。

①I2與NaHCO3溶液反應(yīng)適宜溫度為40～70℃，則采用的加熱方式為___。

②實驗過程中，加少量NaI固體能使反應(yīng)速率加快，其原因是___。

（2）步驟Ⅱ，水合肼與IO反應(yīng)的離子方程式為___。

（3）步驟Ⅲ，多步操作為：

①將步驟Ⅱ得到的pH為6.5～7的溶液調(diào)整pH值至9～10，在100℃下保溫8h，得到溶液A；

②將溶液A的pH值調(diào)整至3～4，在70～80℃下保溫4h，得溶液B；

③將溶液B的pH調(diào)整至6.5～7，得溶液C；

④在溶液C中加入活性炭，混合均勻后煮沸，靜置10～24h后，過濾除雜得粗NaI溶液。上述①②③操作中，調(diào)整pH值時依次加入的試劑為___。

A.NaOH B.HI C.NH3H2O D.高純水

（4）步驟Ⅳ，采用改進的方案為用“減壓蒸發(fā)”代替“常壓蒸發(fā)”。

①“減壓蒸發(fā)”需選用的儀器除了圓底燒瓶、蒸餾頭、溫度計、接收管、接收瓶之外，還有___。

A.直形冷凝管 B.球形冷凝管 C.燒杯 D.抽氣泵

②采用“減壓蒸發(fā)”的優(yōu)點為___。

（5）將制備的NaI2H2O粗品以無水乙醇為溶劑進行重結(jié)晶。請給出合理的操作排序___。

加熱乙醇→ → → → →純品（選填序號）。

①高純水洗滌 ②減壓蒸發(fā)結(jié)晶 ③NaI2H2O粗品溶解 ④趁熱過濾 ⑤真空干燥 ⑥抽濾

Answer 1

【答案】水浴 因為NaI固體溶于水產(chǎn)生I-(aq)與I2（S）反應(yīng)形成I3-(aq)，使固體I2溶解性增加，導(dǎo)致濃度增加，使與NaHCO3溶液反應(yīng)的反應(yīng)速率加快 N2H4·H2O+2IO-=N2↑+2I-+3H2O ABA AD 減壓環(huán)境與外界空氣隔絕，避免I-被氧化；降低壓強，沸點降低，利于水的蒸發(fā) ③→②→④→⑤

【解析】

本實驗?zāi)康氖菍⒌鈫钨|(zhì)轉(zhuǎn)化為碘化鈉并純化得到NaI·2H2O，根據(jù)題目所給流程，將I2與碳酸氫根反應(yīng)得到碘的各種酸根，此步驟目的是使碘單質(zhì)盡可能大的轉(zhuǎn)移到溶液；隨后向溶液中加入水合肼，水合肼的加入可以使溶液中碘的各種酸根和未反應(yīng)的碘單質(zhì)全部還原為I-，此時溶液中主要成分為NaI，經(jīng)步驟Ⅲ的多步操作除去溶液中其他可溶性大量雜質(zhì)得到粗NaI溶液，將溶液經(jīng)過蒸發(fā)、抽濾得到NaI·2H2O粗晶體，粗晶體經(jīng)過重結(jié)晶制得高純NaI·2H2O晶體，據(jù)此分析。

(1)①反應(yīng)溫度為40-70℃可利用水浴的方式進行反應(yīng)，水浴加熱可以較為精準的控制溫度；

②反應(yīng)過程中加入少量的NaI，碘化鈉電離出的I-可以結(jié)合I2生成，使固體I2溶解性增加，導(dǎo)致濃度增加，使與NaHCO3溶液反應(yīng)的反應(yīng)速率加快；

(2)根據(jù)已知條件，水合肼可以和IO-發(fā)生反應(yīng)生成I-和無毒的物質(zhì)N2，反應(yīng)的離子方程式為N2H4·H2O+2IO-=N2↑+2I-+3H2O；

(3)步驟①是將酸性溶液調(diào)整為堿性溶液并在100℃下保持8h，需要選擇堿性溶液調(diào)整pH，一水合氨雖然為堿性，電離出的OH-可以調(diào)整酸堿性，但是在高溫條件下溶液中的銨根離子易發(fā)生水解，未反應(yīng)的一水合氨受熱分解，使溶液變回酸性，不能保持溶液pH的恒定，故選擇NaOH溶液；步驟②是將堿性溶液調(diào)整為酸性溶液，需要向溶液中加入酸，故選擇HF；步驟③需要將酸性溶液調(diào)整為堿性溶液，同時需要將溶液煮沸，若加入一水合氨，一水合氨在高溫條件下易分解，使溶液變回酸性故選擇NaOH，故步驟①和③選擇NaOH作為pH調(diào)整試劑，步驟②選擇HI作為pH調(diào)整試劑，選擇ABA；

(4)①在冷凝管的選擇上，直形冷凝管一般用于蒸餾裝置，用于物質(zhì)的分離，而球形冷凝管一般用于反應(yīng)裝置，用于回流，故選擇直形冷凝管；因為減壓蒸餾，需要降低裝置內(nèi)的壓強，故需要抽氣泵減小裝置內(nèi)部壓強，選擇AD；

②減壓蒸發(fā)可以將物質(zhì)與外界空氣隔絕，避免I-被氧化，同時降低裝置內(nèi)壓強，使水的沸點降低，利于水的蒸發(fā)；

(5)根據(jù)已知條件，NaI易溶于水，也易溶于酒精可利用加入乙醇的方法重結(jié)晶，先將乙醇加熱，再將碘化鈉粗品溶解在熱的乙醇溶液中，因碘化鈉在乙醇中的溶解度隨溫度的升高變化不大這一特性，經(jīng)碘化鈉的醇溶液減壓蒸發(fā)至有大量固體出現(xiàn)時，趁熱過濾，這樣粗品中的雜質(zhì)就就在乙醇中，而較高純度的碘化鈉就留在濾紙上，然后為防止I-被氧化，需要通過真空干燥的方式制得純凈晶體，故順序為③→②→④→⑤。