题目

新冠疫情期间使用了大量的消毒剂，其中二氧化氯(ClO 2)与亚氯酸钠(NaClO 2)都具有强氧化性。两者作漂白剂时，不伤害织物；作饮用水消毒剂时，不残留异味。某研究性学习小组利用如图装置由二氧化氯制备NaClO 2·3H 2O，并探究其性质。 a e 浓硫酸 NaOH和H2O2-|||-N2 ClO2气体 混合溶液-|||-NaClO3和Na2SO3固体 冷水浴 NaOH溶液-|||-A B c D I.查阅资料： ①ClO 2易与碱溶液反应生成等物质的量的两种盐，其中一种为氯酸盐。 ②NaClO 2饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO 2·3H 2O，高于38℃时析出的晶体是NaClO 2，高于60℃时NaClO 2分解成NaClO 3和NaCl。 Ⅱ.制备与分离： (1)盛放NaClO 3和Na 2SO 3固体的仪器名称是 ___ 。 (2)若要从装置C反应后的溶液获得无水NaClO 2晶体的操作步骤如下，请完成下列操作步骤②的内容。 ①减压，55℃蒸发结晶；② ___ ；③用38℃～60℃热水洗涤；④在38℃～60℃间进行干燥，得到成品。 (3)装置A中参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ___ 。 (4)装置D是处理尾气，反应的化学方程式 ___ 。 Ⅲ.测量与计算： (5)利用题中原理制备出NaClO 2·3H 2O(M=144.5g/mol)晶体的样品，可以用“间接碘量法”测定样品(杂质与I -不发生反应)的纯度，过程如下：取样品1.4450g配制成250mL溶液，从中取出25.00mL，加入足量KI固体和适量稀H 2SO 4，(已知：ClO a e 浓硫酸 NaOH和H2O2-|||-N2 ClO2气体 混合溶液-|||-NaClO3和Na2SO3固体 冷水浴 NaOH溶液-|||-A B c D+4I -+4H +=2H 2O+2I 2+Cl -)，然后用cmol·L -1Na 2S 2O 3标准溶液滴定至终点，重复2次，测得消耗标准溶液的体积平均值为vmL(已知：I 2+2S 2O a e 浓硫酸 NaOH和H2O2-|||-N2 ClO2气体 混合溶液-|||-NaClO3和Na2SO3固体 冷水浴 NaOH溶液-|||-A B c D=S 4O a e 浓硫酸 NaOH和H2O2-|||-N2 ClO2气体 混合溶液-|||-NaClO3和Na2SO3固体 冷水浴 NaOH溶液-|||-A B c D+2I -)。①滴定终点的现象是 ___ 。②样品中NaClO 2·3H 2O的纯度为 ___ %(用含c、v的代数式表示)。

新冠疫情期间使用了大量的消毒剂，其中二氧化氯(ClO 2)与亚氯酸钠(NaClO 2)都具有强氧化性。两者作漂白剂时，不伤害织物；作饮用水消毒剂时，不残留异味。某研究性学习小组利用如图装置由二氧化氯制备NaClO 2·3H 2O，并探究其性质。

I.查阅资料：
①ClO 2易与碱溶液反应生成等物质的量的两种盐，其中一种为氯酸盐。
②NaClO 2饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO 2·3H 2O，高于38℃时析出的晶体是NaClO 2，高于60℃时NaClO 2分解成NaClO 3和NaCl。
Ⅱ.制备与分离：
(1)盛放NaClO 3和Na 2SO 3固体的仪器名称是 ___ 。
(2)若要从装置C反应后的溶液获得无水NaClO 2晶体的操作步骤如下，请完成下列操作步骤②的内容。
①减压，55℃蒸发结晶；② ___ ；③用38℃～60℃热水洗涤；④在38℃～60℃间进行干燥，得到成品。
(3)装置A中参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ___ 。
(4)装置D是处理尾气，反应的化学方程式 ___ 。
Ⅲ.测量与计算：
(5)利用题中原理制备出NaClO 2·3H 2O(M=144.5g/mol)晶体的样品，可以用“间接碘量法”测定样品(杂质与I -不发生反应)的纯度，过程如下：取样品1.4450g配制成250mL溶液，从中取出25.00mL，加入足量KI固体和适量稀H 2SO 4，(已知：ClO +4I -+4H +=2H 2O+2I 2+Cl -)，然后用cmol·L -1Na 2S 2O 3标准溶液滴定至终点，重复2次，测得消耗标准溶液的体积平均值为vmL(已知：I 2+2S 2O =S 4O +2I -)。①滴定终点的现象是 ___ 。②样品中NaClO 2·3H 2O的纯度为 ___ %(用含c、v的代数式表示)。

题目解答

答案

(1)三颈烧瓶
(2)趁热过滤
(3)2：1
(4)2ClO2+2NaOH=NaClO3+NaClO2+H2O
(5)   滴入最后一滴Na2S2O3标准溶液时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色   25cv

解析

  1. 仪器识别：根据实验装置图，固体反应物通常盛放在三颈烧瓶中，因其结构便于安装多附件。
  2. 结晶操作：NaClO₂在不同温度下析出不同晶体，趁热过滤可防止降温时生成其他晶体。
  3. 氧化还原比：NaClO₃为氧化剂，Na₂SO₃为还原剂，通过电子转移守恒确定物质的量比为2:1。
  4. 尾气处理：ClO₂与NaOH反应生成等物质的量的NaClO₃和NaClO₂，需配平方程式。
  5. 滴定计算：利用碘量法，通过S₂O₃²⁻的消耗量反推ClO₂⁻的物质的量，最终计算纯度。

(1) 盛放固体的仪器名称

装置中固体反应物需加热且需控制反应条件，三颈烧瓶的结构可满足多附件安装（如温度计、冷凝管等），故答案为三颈烧瓶。

(2) 结晶操作步骤

NaClO₂在55℃蒸发结晶后，需趁热过滤以防止降温至38℃以下析出含结晶水的NaClO₂·3H₂O，确保得到无水晶体。

(3) 氧化剂与还原剂的物质的量比

反应中：

  • NaClO₃（Cl：+5 → +4）得1e⁻/Cl，每2mol NaClO₃得2mol e⁻。
  • Na₂SO₃（S：+4 → +6）失2e⁻/S，每1mol Na₂SO₃失2mol e⁻。
    电子守恒得：2mol NaClO₃（氧化剂）与1mol Na₂SO₃（还原剂）反应，比为2:1。

(4) 尾气处理方程式

ClO₂与NaOH反应生成等物质的量的NaClO₃和NaClO₂：
$2\text{ClO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{NaClO}_3 + \text{NaClO}_2 + \text{H}_2\text{O}$

(5) 滴定终点与纯度计算

  1. 终点现象：滴定至溶液由蓝色变为无色且半分钟不恢复。
  2. 纯度计算：
    • 关系式：$n(\text{ClO}_2^-) = \frac{1}{4}n(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = \frac{cv \times 10^{-3}}{4}$。
    • 样品中NaClO₂·3H₂O的质量：$\frac{cv \times 10^{-3} \times 144.5 \times 10}{4}$。
    • 纯度：$\frac{250}{25} \times \frac{cv \times 144.5}{4 \times 1.4450} \times 100\% = 25cv\%$。