(19,15分) 以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下:
②N2H4·H2O沸点约118 ℃,具有强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。
(1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时,若温度超过40 ℃, Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为 ;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是 。
(2)步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如图1所示。NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40 ℃以下反应一段时间后,再迅速升温至110 ℃继续反应。实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是 ;使用冷凝管的目的是 。
(3)步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3(水溶液中H2SO3、HSO3-、SO32-随pH的分布如图2所示,Na2SO3的溶解度曲线如图3所示)。
①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。实验中确定何时停止通SO2的实验操作为 。
②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案: ,用少量无水乙醇洗涤,干燥,密封包装。
【答案】1.(1)3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3- +3H2O(3分)〓缓慢通入Cl2(2分)
(2)NaClO碱性溶液(2分) 减少水合肼的挥发(2分)
(3)①测量溶液的pH,若pH约为4,停止通SO2(2分)
②边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,测量溶液pH,pH约为10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34 ℃条件下趁热过滤(4分)
【解析】 本题考查物质制取的实验知识,考查的化学核心素养是科学探究与创新意识。(1)由题给条件,反应物为Cl2和NaOH,生成物为NaClO3、NaCl、H2O,根据离子方程式书写规则、原子守恒、电荷守恒以及得失电子守恒得该离子反应为:3Cl2+6OH-===5Cl-+ClO3-+3H2O;Cl2与碱反应放热,所以要控制温度还要控制通入氯气速度。(2)步骤Ⅱ是尿素和次氯酸钠反应合成水合肼,由题给信息水合肼能与次氯酸钠剧烈反应,所以滴液漏斗中盛装的是次氯酸钠碱性溶液,由水合肼沸点约为118 ℃,题给实验反应温度为110 ℃,故使用冷凝管的目的是减少水合肼的挥发。(3)①由题图2所给pH与各粒子摩尔分数关系可知,在pH约为4时,溶液中HSO3-浓度最大,此时可停止通SO2气体;②由NaHSO3制备Na2SO3,是向NaHSO3溶液中加入NaOH溶液,由题图2可知在pH约为10时,SO32-浓度最大,此时停止加入NaOH,再由Na2SO3的溶解度曲线可知,过滤温度应高于34 ℃。实验方案为:边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,测量溶液pH,pH约为10时,停止滴加NaOH溶液,加热浓缩溶液至有大量晶体析出,在温度高于34 ℃条件下趁热过滤。