Question

9．某化學興趣小組同學展開對漂白劑亞氯酸鈉（NaClO₂）的研究．
實驗Ⅰ．制取NaClO₂晶體
已知：NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時析出的晶體是NaClO₂•3H₂O，高于38℃時析出的晶體是NaClO₂，高于60℃時NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl．現(xiàn)利用如圖所示裝置進行實驗．
（1）裝置②中產(chǎn)生ClO₂氣體的化學方程式為2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；裝置④中制備NaClO₂的化學方程式為2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂．
（2）裝置③的作用是防止倒吸．
（3）從裝置④反應后的溶液獲得NaClO₂晶體的操作步驟如下：
①減壓，55℃蒸發(fā)結晶；②趁熱過濾；③用38-60℃的溫水洗滌；④低于60℃干燥，得到成品．
實驗II．測定某亞氯酸鈉樣品的純度
設計如下實驗方案，并進行實驗：
①稱取所得亞氯酸鈉樣品m g于燒杯中，加入適量蒸餾水和過量的碘化鉀晶體，再滴入適量的稀硫酸，充分反應（已知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺═2H₂O+2I₂+Cl^-）；將所得混合液配成250mL待測溶液．
②移取25.00mL待測溶液于錐形瓶中，加幾滴淀粉溶液，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃標準液滴定，至滴定終點．重復2次，測得平均值為V mL（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）．
（4）達到滴定終點時的現(xiàn)象為溶液由藍色變?yōu)闊o色，且30 s內(nèi)不變色．
（5）該樣品中NaClO₂的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{90.5cV}{4m}$%（用含m、c、V的代數(shù)式表示）．
（6）在滴定操作正確無誤的情況下，此實驗測得結果偏高，原因用離子方程式表示為4I^-+O₂+4H⁺=I₂+2H₂O．

Answer 1

分析 制取NaClO₂晶體：裝置②中發(fā)生反應：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂+2Na₂SO₄+H₂O，可能發(fā)生Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，產(chǎn)生的SO₂ 被帶入④中，SO₂與H₂O₂ 反應生成硫酸鈉，生成的ClO₂氣體經(jīng)裝置③進入裝置④，發(fā)生反應：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，得NaClO₂溶液，經(jīng)蒸發(fā)結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，得晶體NaClO₂•3H₂O，要注意根據(jù)題目所給信息，控制溫度，裝置①⑤是吸收多余氣體防止污染．
（1）亞硫酸鈉具有還原性，在裝置②中的反應中作還原劑；裝置④反應后的溶液獲得NaClO₂晶體，裝置④中生成NaClO₂，Cl元素的化合價降低，雙氧水應表現(xiàn)還原性，有氧氣生成，結合原子守恒可知，還有水生成，據(jù)此書寫方程式；
（2）裝置④中氣體反應，裝置內(nèi)壓強降低，裝置③防止倒吸；
（3）從溶液中制取晶體，一般采用蒸發(fā)結晶、過濾、洗滌、干燥的方法，注意溫度控制；
（4）反應結束時，碘反應完全，滴加最后一滴液體時溶液由藍色變?yōu)闊o色且半分鐘內(nèi)不變色，說明到達滴定終點；
（5）根據(jù)關系式NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-進行計算；
（6）實驗測得結果偏高，說明滴定消耗的Na₂S₂O₃標準液體積偏高，溶液中碘的含量偏高，應是生成的碘離子被氧氣氧化為碘所致．

解答 解：（1）亞硫酸鈉具有還原性，在反應中作還原劑；裝置②中產(chǎn)生ClO₂的反應是氯酸鈉在酸性溶液中氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉，本身被還原為二氧化氯，反應的化學方程式為：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；裝置④反應后的溶液獲得NaClO₂晶體，故裝置④中生成NaClO₂，Cl元素的化合價降低，雙氧水應表現(xiàn)還原性，有氧氣生成，結合原子守恒可知，還有水生成，配平后方程式為：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，
故答案為：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂；
（2）裝置②中發(fā)生反應：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂+2Na₂SO₄+H₂O，可能發(fā)生Na₂SO₃+H₂SO₄（濃）=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O，產(chǎn)生的SO₂ 被帶入④中，SO₂與H₂O₂ 反應生成硫酸鈉，生成的ClO₂氣體經(jīng)裝置③進入裝置④，發(fā)生反應：2NaOH+2ClO₂+H₂O₂=2NaClO₂+2H₂O+O₂，裝置④中氣體反應，裝置內(nèi)壓強降低，裝置③為安全瓶，防止產(chǎn)生倒吸，
故答案為：防止倒吸；
（3）從溶液中制取晶體，一般采用蒸發(fā)結晶、過濾、洗滌、干燥的方法，為防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，應趁熱過濾，由題目信息可知，應控制溫度38℃～60℃進行洗滌，低于60℃干燥，
故答案為：用38-60℃的溫水洗滌；
（4）碘遇淀粉變藍色，反應結束時，碘反應完全，滴加最后一滴Na₂S₂O₃標準液時溶液由藍色變?yōu)闊o色且30 s內(nèi)不變色，說明到達滴定終點，
故答案為：溶液由藍色變?yōu)闊o色，且30 s內(nèi)不變色；
（5）令樣品中NaClO₂的質(zhì)量分數(shù)為a，則：
NaClO₂～2I₂～4S₂O₃^2-
90.5g                4mol
mag         c mol•L^-1×V×10^-3L×$\frac{250ml}{25ml}$，
所以90.5g：mag=4mol：c mol•L^-1×V×10^-3L×$\frac{250ml}{25ml}$，
解得a=$\frac{90.5cV}{4m}$%，
故答案為：$\frac{90.5cV}{4m}$%；
（6）實驗測得結果偏高，說明滴定消耗的Na₂S₂O₃標準液體積偏高，溶液中碘的含量偏高，應是生成的碘離子被氧氣氧化為碘，同時生成水，反應離子方程式為4I^-+O₂+4H⁺=2I₂+2H₂O，
故答案為：4I^-+O₂+4H⁺=I₂+2H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)的制備、對信息的利用、對裝置的理解、氧化還原反應滴定等，理解原理是解題的關鍵，同時考查學生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等，注意氧化還原反應滴定中利用關系式進行的計算．