Question

19．高氯酸钠可用于制备高氯酸．以精制盐水等为原料制备高氯酸钠晶体（NaClO₄•H₂O）的流程如下：

（1）由粗盐（含Ca²⁺、Mg²⁺、S${{O}_{4}}^{2-}$、Br^-等杂质）制备精制盐水时需用到NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃等试剂．Na₂CO₃的作用是除去Ca²⁺和引入的Ba²⁺；；除去盐水中的Br^-可以节省电解过程中的电能，其原因是电解时Br^-被氧化．
（2）“电解Ⅰ”的目的是制备NaClO₃溶液，产生的尾气除H₂外，还含有Cl₂（填化学式）．“电解Ⅱ”的化学方程式为NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑．
（3）“除杂”的目的是除去少量的NaClO₃杂质，该反应的离子方程式为2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-．“气流干燥”时，温度控制在80～100℃的原因是温度太高，高氯酸钠晶体失去结晶水或分解；温度太低，干燥不充分．

Answer 1

分析 由原料氯化钠到高氯酸钠晶体，氯的化合价升高，而整个流程中未加强氧化剂，所以通过电解实现了氯的不同价态的转化（电解过程即为氧化还原反应），将制得的盐水一次电解产生氯酸钠，得到的氯酸钠溶液进行再一次电解，生成高氯酸钠，然后通入二氧化硫除去其中的氯酸钠，最后进行分离提纯得到高氯酸钠晶体，
（1）Na₂CO₃的作用是碳酸根离子与钙离子和除硫酸根离子引入的钡离子发生复分解反应，生成难溶的碳酸钙和碳酸钡；Br^-的还原性强于氯离子，所以电解过程中溴离子优先被氧化；
（2）电解过程中阳极氯离子放电，主要生成氯酸根离子，部分产生氯气，而阴极氢离子放电，生成氢气，所以尾气有氢气和少量的氯气；电解Ⅱ氯酸根离子在阳极放电生成高氯酸根，而阴极是水电离产生的氢离子放电，生成氢气，所以电解反应方程式为：NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑；
（3）由图示可知通入二氧化硫除去其中的氯酸根离子，反应的离子方程式为：2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-，气流温度太低不得于干燥，温度过高晶体要失水以结合考虑高氯酸钠本身的稳定性．

解答 解：（1）Na₂CO₃的作用是碳酸根离子与钙离子和除硫酸根离子引入的钡离子发生复分解反应，生成难溶的碳酸钙和碳酸钡，所以碳酸钠的作用为除去钙离子和钡离子，Br^-的还原性强于氯离子，所以电解过程中溴离子优先被氧化，故答案为：除去Ca²⁺和引入的Ba²⁺；电解时Br^-被氧化；
（2）电解过程中阳极氯离子放电，主要生成氯酸根离子，部分产生氯气，而阴极氢离子放电，生成氢气，所以尾气有氢气和少量的氯气，电解Ⅱ氯酸根离子在阳极放电生成高氯酸根，而阴极是水电离产生的氢离子放电，生成氢气，所以电解反应方程式为：NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑，故答案为：Cl₂；NaClO₃+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₄+H₂↑；
（3）由图示可知通入二氧化硫除去其中的氯酸根离子，反应的离子方程式为：2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-，气流温度太低不得于干燥，温度过高晶体要失水，温度太高氯酸钠可能分解，故答案为：2ClO₃^-+SO₂═2ClO₂+SO₄^2-；温度太高，高氯酸钠晶体失去结晶水或分解；温度太低，干燥不充分．

点评 本题考查物质的制备实验的工业设计，题目难度中等，本题注意把握物质的性质，从质量守恒的角度以及氧化还原反应的特点判断生成物，为解答该题的关键，也是易错点．