Question

实验室以NaClO₃、H₂SO₄、SO₂、H₂O₂和NaOH为原料，制备NaClO₂和无水Na₂SO₄，其主要流程如下：

已知：① 2ClO₂＋H₂O₂＋2NaOH=2NaClO₂＋O₂＋2H₂O；

② 2ClO₂＋2NaOH=NaClO₂＋NaClO₃＋H₂O；

③温度高于60 ℃时，NaClO₂发生分解生成NaClO₃和NaCl。

(1)反应1中SO₂与NaClO₃反应制得ClO₂气体，该反应的化学方程式为________。

(2)在图1所示装置中发生反应2生成NaClO₂，反应过程中放出大量的热。

①研究表明，实验时吸收液中H₂O₂与NaOH的物料比需要控制在0.8左右，原因可能是____________________________________________________。

②在吸收液中H₂O₂和NaOH的物料比、浓度和体积不变的条件下，控制反应在0～3 ℃进行，实验中可采取的措施是______________________。

③装置Ⅱ的作用是________________________。

(3) 母液2经过减压蒸发、冷却结晶等操作获得NaClO₂粗产品。实验中采用减压蒸发的原因是________________________________________________。

(4) Na₂SO₄的溶解度曲线如图2所示。请补充完整由母液1制备无水Na₂SO₄的实验方案：______________________________________________________________，用无水乙醇洗涤，干燥得到产品。

Answer

SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4 H2O2受热易分解，配料时应略过量，同时防止ClO2和NaOH反应生成杂质 使用冰水浴且缓慢通入ClO2 吸收ClO2，防止污染环境 可在较低温度下使溶剂蒸发，防止NaClO2受热分解 边搅拌边向母液1中滴加NaOH溶液至pH约为7时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于32 ℃条件下趁热过滤

【解析】

NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2发生反应1，NaClO3在酸性条件下具有强氧化性，与SO2发生氧化还原反应，NaClO3被还原为ClO2气体，SO2被氧化生成NaHSO4，母液1中主要含有NaHSO4和残留的H2SO4，加碱中和后进行提纯，最终得到无水硫酸钠；ClO2与H2O2、NaOH一起发生反应2，ClO2在碱性条件下被还原为NaClO2，反应后的母液2经一系列工艺提纯后得到NaClO2；据此分析再结合题中信息进行解答。

（1）NaClO3溶于H2SO4之后，通入SO2发生反应1，在酸性条件下，NaClO3具有强氧化性，与SO2发生氧化还原反应，NaClO3发生还原反应生成ClO2，SO2发生氧化反应，根据图中信息及得失电子守恒、原子守恒可知反应的方程式为：SO2＋2NaClO3＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4；

（2）①反应2为2ClO2＋H2O2＋2NaOH=2NaClO2＋O2＋2H2O，由反应可知H2O2与NaOH的物料比为0.5，但由信息可知该反应会放出大量的热，而H2O2受热易分解，配料时H2O2应该略过量以保证反应能顺利进行，另外还要防止因H2O2不足，ClO2和NaOH反应生成杂质，以致最终得到的产品不纯，答案为：H2O2受热易分解，配料时应略过量，同时防止ClO2和NaOH反应生成杂质；

②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、浓度和体积不变的条件下，控制反应在0～3 ℃进行，故对反应装置使用冰水浴进行降温，因为反应过程要放热，同时ClO2的通入速度要慢，以免通入过快导致放热过多引起温度升高，答案为：使用冰水浴且缓慢通入ClO2；

③因为尾气中的ClO2有毒，用装置II中的NaOH溶液进行吸收处理，防止污染空气，答案为：吸收ClO2，防止污染环境；

（3）温度高于60 ℃时，NaClO2会发生分解生成NaClO3和NaCl，而减压蒸发的蒸发温度低，适合蒸发容易被高温破坏的物质，由母液2提纯NaClO2粗产品时，先减压蒸发，再冷却结晶，其中采用减压蒸发可在较低温度下使溶剂蒸发，防止NaClO2受热分解。

（4）由图可知Na2SO4的溶解度在温度小于32℃随温度的升高而增大，而且在温度小于32℃时析出的是Na2SO4·10H2O；温度高于32℃随温度的升高而减小，母液1中含有较多的NaHSO4、H2SO4，可以边搅拌边向母液1中滴加NaOH溶液，使NaHSO4、H2SO4与NaOH溶液反应生成Na2SO4，至pH约为7时，反应恰好完成，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于32 ℃条件下趁热过滤，得到比较纯净的无水Na2SO4，答案为：边搅拌边向母液1中滴加NaOH溶液至pH约为7时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于32 ℃条件下趁热过滤。