Question

工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂亚氯酸钠（NaClO₂），其工艺流程如下：

已知：① NaHSO₄溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出。

② 高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90 ℃。

请回答下列问题：

（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为               ，冷却的目的是               。

（2）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为                           。

（3）通入反应器Ⅱ中的SO₂用H₂O₂代替同样能生成NaClO₂，请简要说明双氧水在反应中能代替SO₂的原因是                           。

（4）Ca(ClO)₂、ClO₂、NaClO₂等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂，请写出工业上生产漂白粉的离子方程式：                       。

（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl₂的氧化能力。ClO₂的有效氯含量为                  。（结果保留两位小数）

Answer

（1）3NaClO3+3H2SO4＝HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O（2分）

降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出（2分）

（2）2ClO2+SO2+4OH－＝2ClO2－+SO42－+2H2O（2分）

（3）H2O2有还原性也能把ClO2还原为NaClO2（2分）

（4）Cl2+Ca(OH)2＝Ca2++Cl－+ClO－+H2O（2分）2.63（2分）

【解析】

试题分析：（1）观察工艺流程图可知，反应器Ⅰ中主要反应物为NaClO3 、H2SO4，主要生成物为HClO4 、ClO2 、NaHSO4 ，只有氯元素化合价发生升降，属于歧化反应，由最小公倍数法、原子守恒法逆向配平可得：；由已知信息中“NaHSO4溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出”可知，冷却的主要目的是降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出；（2）读图可知，反应器II中主要反应物为ClO2 、NaOH、SO2 ，主要生成物为Na2SO4、NaClO2，氯元素降价，硫元素升价，由最小公倍数法、原子守恒法逆向配平可得：；（3）双氧水中氧元素的化合价为-1价，是氧元素的中间价态，遇强氧化剂时能表现还原性，因此H2O2也能把ClO2还原为NaClO2；（4）工业上常用石灰乳吸收氯气的方法制备漂白粉，即2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O，石灰乳中可以看到白色沉淀，因此Ca(OH)2不能拆写成离子，只有易溶且完全电离的CaCl2、Ca(ClO)2能拆写，由此可得：Cl2 + Ca(OH)2 ＝ Ca2+ + Cl－ + ClO－ + H2O ；设1 g ClO2的氧化能力相当于x g Cl2的氧化能力，含氯消毒剂消毒时均转化为-1价氯离子，由此可得它们得电子关系式分别为ClO2～Cl－～5e－、Cl2～2Cl－～2e－，1 g ClO2的氧化能力（即得电子的量）为mol，x g Cl2的氧化能力（即得电子的量）为mol，=，解得：x≈2.63。

【考点定位】考查含氯化工产品的性质及制备工艺流程的知识。

【名师点睛】工艺流程题，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。