Question

11．高氯酸是一種酸性極強(qiáng)的無(wú)機(jī)含氧酸，可用于制備高氯酸鹽、人造金剛石提純等方面．
查閱資料得到以下有關(guān)高氯酸的信息：

名稱	分子式	外觀	沸點(diǎn)
高氯酸	HClO4	無(wú)色液體	130℃

工業(yè)上生產(chǎn)高氯酸的同時(shí)還生產(chǎn)了亞氯酸鈉，工業(yè)流程如圖：

（1）操作①的名稱是過濾．
（2）反應(yīng)器Ⅰ中投料時(shí)需加入過量濃硫酸，請(qǐng)簡(jiǎn)述目的為了產(chǎn)物能得到HClO₄而不是NaClO₄．
（3）反應(yīng)器Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O．
（4）某學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)流程圖中的蒸餾過程，有液體流出時(shí)立即收集產(chǎn)品以獲得HClO₄純品．請(qǐng)?jiān)u價(jià)這一操作是否合理并說明理由不合理，因?yàn)樗�的沸點(diǎn)是100℃，HClO₄的沸點(diǎn)是130℃，所以最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄．
（5）若想得到201kg的 HClO₄純品，至少需要NaClO₃639kg．
（6）工業(yè)上也可用鉑作陽(yáng)極、銅作陰極電解鹽酸制得高氯酸，在陽(yáng)極區(qū)可得到20%的高氯酸．寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式（其中鹽酸與高氯酸以化學(xué)式出現(xiàn)）4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

Answer 1

分析 NaClO₃和濃H₂SO₄在反應(yīng)器I中反應(yīng)：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，ClO₂在反應(yīng)器II中與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)2ClO₂+SO₂+4NaOH═2NaClO₂+Na₂SO₄+2H₂O；生成亞氯酸鈉，再得到其晶體；反應(yīng)器I中得到的溶液通過冷卻過濾得到NaHSO₄晶體，濾液為HClO₄，蒸餾得到純凈的HClO₄．
（1）根據(jù)上述分析，操作①為過濾分離晶體和溶液；
（2）加入過量的硫酸是為了制得高氯酸，如果硫酸加少了會(huì)生成高氯酸鈉；
（3）反應(yīng)器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)生成亞氯酸鈉；
（4）水的沸點(diǎn)是100℃，HClO₄的沸點(diǎn)是130℃，最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄；
（5）根據(jù)方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O進(jìn)行計(jì)算；
（6）電解鹽酸的電解池中，陽(yáng)極是Cl^-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的過程．

解答 解：NaClO₃和濃H₂SO₄在反應(yīng)器I中反應(yīng)生成HClO₄、ClO₂和NaHSO₄，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O；冷卻溶液時(shí)會(huì)降低NaHSO₄的溶解度，使NaHSO₄結(jié)晶析出；高氯酸的沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，蒸餾可以得到純凈的高氯酸，
（1）根據(jù)上述分析，操作①為過濾，
故答案為：過濾；
（2）反應(yīng)器Ⅰ中投料時(shí)如果硫酸加少了會(huì)生成高氯酸鈉，加入過量的硫酸是為了制得高氯酸，
故答案為：為了產(chǎn)物能得到HClO₄而不是NaClO₄；
（3）反應(yīng)器Ⅱ中ClO₂與二氧化硫、氫氧化鈉反應(yīng)生成亞氯酸鈉，其反應(yīng)的離子方程式為：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：4OH^-+SO₂+2ClO₂=2ClO₂^-+SO₄^2-+2H₂O；
（4）水沸點(diǎn)是100℃，HClO₄的沸點(diǎn)是130℃，最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄，有液體流出時(shí)立即收集得到的是誰(shuí)，不能得到HClO₄純品，因此不合理，
故答案為：不合理，因?yàn)樗�的沸點(diǎn)是100℃，HClO₄的沸點(diǎn)是130℃，所以最先蒸餾流出的是水而不是HClO₄；
（5）設(shè)需要NaClO₃x，根據(jù)方程式3NaClO₃+3H₂SO₄=HClO₄+2ClO₂↑+3NaHSO₄+H₂O，
                             3×106.5g        100.5g
                                x              201kg
x=639kg，
故答案為：639；
（6）鉑作陽(yáng)極、銅作陰極電解鹽酸時(shí)，陽(yáng)極是Cl^-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的過程，即電極反應(yīng)式為：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺，
故答案為：4H₂O+HCl-8e^-=HClO₄+8H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題以亞氯酸鈉制備為背景，考查了學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、對(duì)氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用、有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作和簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，以及在新情境下綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，題目難度中等．