Question

13．高氯酸鈉可用于制備高氯酸．以精制鹽水等為原料制備高氯酸鈉晶體（NaClO₄•H₂O）的流程如下：

（1）由粗鹽（含Ca²⁺、Mg²⁺、S、Br^-等雜質(zhì)）制備精制鹽水時需用到NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃等試劑．Na₂CO₃的作用是除去Ca²⁺和引入的Ba²⁺；除去鹽水中的Br^-可以節(jié)省電解過程中的電能，其原因是電解時Br^-被氧化．
（2）“電解Ⅰ”的目的是制備NaClO₃溶液，產(chǎn)生的尾氣除H₂外，還含有Cl₂（填化學(xué)式）．“電解Ⅱ”的化學(xué)方程式為NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑．
（3）“除雜”的目的是除去少量的NaClO₃雜質(zhì)，該反應(yīng)的離子方程式為2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-；．
（4）“氣流干燥”時，溫度控制在80～100℃，溫度不能太高的原因是溫度太高，高氯酸鈉晶體失去結(jié)晶水或分解．
溫度不能太低的原因是溫度太低，干燥不充分
（5）Olin公司最近研究了一種制備高純高氯酸的新工藝，其基本方法是電解高純次氯酸得到高純高氯酸，與傳統(tǒng)工藝相比，你認(rèn)為新工藝的優(yōu)點是產(chǎn)品純度高，精制步驟少，生產(chǎn)成本低．

Answer 1

分析 由原料氯化鈉到高氯酸鈉晶體，氯的化合價升高，而整個流程中未加強(qiáng)氧化劑，所以通過電解實現(xiàn)了氯的不同價態(tài)的轉(zhuǎn)化（電解過程即為氧化還原反應(yīng)），將制得的鹽水一次電解產(chǎn)生氯酸鈉，得到的氯酸鈉溶液進(jìn)行再一次電解，生成高氯酸鈉，然后通入二氧化硫除去其中的氯酸鈉，最后進(jìn)行分離提純得到高氯酸鈉晶體．
（1）Na₂CO₃的作用是碳酸根離子與鈣離子和除硫酸根離子引入的鋇離子發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成難溶的碳酸鈣和碳酸鋇；Br^-的還原性強(qiáng)于氯離子，所以電解過程中溴離子優(yōu)先被氧化；
（2）電解過程中陽極氯離子放電，主要生成氯酸根離子，部分產(chǎn)生氯氣，而陰極氫離子放電，生成氫氣，所以尾氣有氫氣和少量的氯氣；電解Ⅱ氯酸根離子在陽極放電生成高氯酸根，而陰極是水電離產(chǎn)生的氫離子放電，生成氫氣，所以電解反應(yīng)方程式為：NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑；
（3）由圖示可知通入二氧化硫除去其中的氯酸根離子，ClO₃^-與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成ClO₂、SO₄^2-；
（4）氣流溫度太低不得于干燥，溫度過高晶體要失水以結(jié)合考慮高氯酸鈉本身的穩(wěn)定性；
（5）由次氯酸電解制備高氯酸產(chǎn)品純度高，精制步驟少，生產(chǎn)成本低．

解答 解：（1）Na₂CO₃的作用是碳酸根離子與鈣離子和除硫酸根離子引入的鋇離子發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成難溶的碳酸鈣和碳酸鋇，所以碳酸鈉的作用為除去鈣離子和鋇離子，Br^-的還原性強(qiáng)于氯離子，所以電解過程中溴離子優(yōu)先被氧化，
故答案為：除去Ca²⁺和引入的Ba²⁺；電解時Br^-被氧化；
（2）電解過程中陽極氯離子放電，主要生成氯酸根離子，部分產(chǎn)生氯氣，而陰極氫離子放電，生成氫氣，所以尾氣有氫氣和少量的氯氣，電解Ⅱ氯酸根離子在陽極放電生成高氯酸根，而陰極是水電離產(chǎn)生的氫離子放電，生成氫氣，所以電解反應(yīng)方程式為：NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑，
故答案為：Cl₂；NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑；
（3）由圖示可知通入二氧化硫除去其中的氯酸根離子，Cl（+5→+4），S（+4→+6），根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒，該反應(yīng)的離子方程式為：2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-，
故答案為：2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-；
（4）氣流溫度太低不得于干燥，溫度過高晶體要失水，溫度太高氯酸鈉可能分解，
故答案為：溫度太高，高氯酸鈉晶體失去結(jié)晶水或分解；溫度太低，干燥不充分．
（5）傳統(tǒng)的制備工藝需精制鹽，需消耗電能，需除雜等步驟，由次氯酸電解制備高氯酸，兩步完成，所以新工藝與傳統(tǒng)工藝相比，優(yōu)點是產(chǎn)品純度高，精制步驟少，生產(chǎn)成本低，
故答案為：產(chǎn)品純度高，精制步驟少，生產(chǎn)成本低．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗的工業(yè)設(shè)計，題目難度中等，本題注意把握物質(zhì)的性質(zhì)，從質(zhì)量守恒的角度以及氧化還原反應(yīng)的特點判斷生成物，為解答該題的關(guān)鍵，也是易錯點．