無機消毒劑制備的化工生產流程題（一）

文章編號：1005－6629(2008)03－0079－01中圖分類號：G633.2 文獻標識碼：B

消毒劑也稱化學消毒劑，與人們的生活關系密切。人類研究、生產和使用消毒劑至少已經有一百多年的歷史了。消毒劑生產、使用與化學學科知識密切相連，有關消毒劑制備的過程是編制無機化工生產流程題適合的背景材料之一。

［題目1］亞氯酸鈉（NaClO2）是一種重要的含氯消毒劑，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白與殺菌。以下是過氧化氫法生產亞氯酸鈉的工藝流程圖：

已知：①NaClO2的溶解度隨溫度升高而增大，適當條件下可結晶析出NaClO2·3H2O。②純ClO2易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10％以下安全。

（1）160g/L NaOH溶液的物質的量濃度為___。若要計算該溶液的質量分數，還需要的一個條件是（用文字說明）。

（2）發生器中鼓入空氣的作用可能是___（選填序號）。

(a)將SO2氧化成SO3，增強酸性；

(b)稀釋ClO2以防止爆炸；

(c)將NaClO3氧化成ClO2

(3)發生器中發生反應的化學方程式為___________________________________。

(4)吸收塔內的反應的化學方程式為_______。

吸收塔的溫度不能超過20℃，其目的是防止H2O2分解，寫出H2O2分解的化學方程式_______________。

(5)在堿性溶液中NaClO2比較穩定，所以吸收塔中應維持NaOH稍過量，判斷NaOH是否過量的簡單實驗方法是_______________________________。

(6)吸收塔中為防止NaClO2被還原成NaCl，所用還原劑的還原性應適中。除H2O2外，還可以選擇的還原劑是________（選填序號）。

(a)Na2O2(b)Na2S (c)FeCl2(d)PbO（懸濁液）

(7)從濾液中得到NaClO2·3H2O粗晶體的實驗操作依次是________（選填序號）。

A．蒸餾B．蒸發 C．灼燒D．過濾E．冷卻結晶

要得到更純的NaClO2·3H2O晶體必須進行的操作是_______________（填操作名稱）。

［命題意圖與解題思路］本題屬于原創題。首次用于松江二中2006年4月高三化學模擬考試。含氯系列消毒劑是消毒劑中的一大類，分為無機和有機幾十個品種。無機含氯消毒劑主要有二氧化氯、次氯酸鈉、漂粉精、亞氯酸鈉等。本題以學生比較陌生的亞氯酸鈉制備為背景，以過氧化氫法制備亞氯酸鈉為主線，聯系一氧化鉛法，考察學生在新情境下綜合運用知識解決問題的能力。突出表現在：閱讀題目獲取信息的能力、對濃度概念的理解、對氧化還原反應相關知識的運用、有關實驗操作和簡單實驗設計能力考察等。題目有一定難度，適用于高三二輪復習綜合測試運用。

(1)濃度一般表示單位溶液中所含溶質的多少。物質的量濃度和質量分數濃度是兩種常見的濃度表示方法，克每升濃度在實際生產中也很常見。盡管不同濃度表示方法數值不同，但本質上一樣，它們之間一定存在換算或轉換關系。克每升濃度可理解為1L溶液中所含溶質質量的多少。要計算物質的量濃度只需將溶質質量轉化為物質的量，要計算質量分數，只需求出溶液的質量，通過簡單分析可知，還缺少該NaOH溶液的密度。

(2)主要考察學生全面閱讀題干信息的能力。純ClO2易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10％以下安全。顯然應選擇b選項，其它均為錯誤答案。

(3)考察學生根據題目信息并運用氧化還原反應理論判斷反應物、生成物以及書寫完整化學方程式的能力。根據流程信息可知，一定有ClO2→ NaClO2， 化合價降低，被還原；則H2O2必定被氧化，有氧氣產生。最后一個反應與該原理結合，綜合考察了H2O2的化學性質。

（4）考察學生設計簡單實驗的能力。NaOH過量則溶液呈堿性， 但考慮到該溶液有強氧化性，選擇指示劑或pH試紙檢驗會遇到氧化褪色問題，故工業生產中主要是用pH計連續測定溶液pH。

（5）本題巧妙地將過氧化氫法、一氧化鉛法兩種制備亞氯酸鈉方法結合起來， 既深度考察了學生氧化還原理論知識，又拓展了學生視野。兩個關鍵點：一是還原性適中。還原性太強，會將ClO2還原為更低價態產物，影響NaClO2生產，二是為方便后續分離提純，加入試劑不能干擾后續生產。Na2O2溶于水相當于H2O2，Na2S、FeCl2均不行，+4價Pb化合物氧化性很強，所以其還原產物+2價Pb其還原性就不是很強；而且用PbO作還原劑，其氧化產物為PbO2，既容易與NaClO2分離又可以經煅燒后循環使用。

（6）從溶液中得到含結晶水的晶體， 只能采取蒸發濃縮、冷卻結晶方法，通過過濾得到粗晶體。得到的粗晶體經過重結晶可得到純度更高的晶體。本題所考察的基本實驗操作都是學生熟悉的，只需通過類比遷移即可解決問題。

［答案］

（1）4mol/L， 該溶液的密度； （2）b； (3)2NaClO3+SO2→Na2SO4+2ClO2； （4）2NaOH+2ClO2+H2O2→ 2NaClO2+2H2O+O2；2H2O2→2H2O2+O2； （5）連續測定吸收塔內溶液的pH； （6）a d； （7）BED，重結晶。

［說明］該法生產亞氯酸鈉幾乎沒有污染物排放，是氯堿工業發展精細化工產品的選擇方向之一。本流程既可拓展到電解法生產亞氯酸鈉，還可以拓展到高氯酸聯產亞氯酸鈉等工藝流程。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>