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兩道高考實(shí)驗(yàn)題中NaCIO的反應(yīng)分析

2020-12-29 00:00:00蘆紅霞

在2017年和2018年江蘇高考化學(xué)試卷的綜合實(shí)驗(yàn)題中,連續(xù)兩年都考查了NaCIO。學(xué)生都知道NaCIO具有較強(qiáng)的氧化性,根據(jù)題中的信息回答出考題要求的答案并不是很難。但是很多學(xué)生在做完題后都有這樣的疑問:NaCIO氧化銀單質(zhì)后為什么還有氧氣出現(xiàn)?NaCIO氧化尿素的過程中為什么先低溫反應(yīng),再升高溫度到llO℃反應(yīng)呢?過程中涉及什么樣的反應(yīng)呢?帶著這樣的疑問,下面我們就一起來分析一下吧。

1.NaCIO溶液的制取?,F(xiàn)在工業(yè)上生產(chǎn)NaCIO溶液是采用無隔膜電解冷的、稀的食鹽溶液,并攪動溶液使陽極所產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的NaOH溶液反應(yīng)而制得的。

2.NaCIO固體的性質(zhì)。為白色固體,熔點(diǎn)為6℃,沸點(diǎn)為102.2℃。不穩(wěn)定,受熱或見光會分解(2N。CIO=光/熱=2Na+O2↑),生成的氧氣還能與NaClO發(fā)生反應(yīng)NaCIO+ O2=NaC103。易溶于水,NaCIO的水溶液又稱漂白液,微黃色,有似氯氣的氣味,常用于紡織品的漂白。在水溶液中部分ClO-水解產(chǎn)生HCIO,HCIO會再分解產(chǎn)生HCI和新生氧[O],新生氧的氧化能力很強(qiáng),所以NaCIO是強(qiáng)氧化劑。由于NaCIO易分解,保存時應(yīng)放在陰涼避光的環(huán)境下。

例1 (2017年江蘇第19題節(jié)選)某科研小組采用如下方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低,對實(shí)驗(yàn)的影響可忽略)。

已知:①NaCIO溶液在受熱或酸性條件

△下易分解,如3 NaCIO==2NaCI+NaC103。

②AgCI可溶于氨水:AgCl+2NH3. H2O=====Ag(NH3)2 +CI- +2H2O.

(l) NaCIO溶液與Ag反應(yīng)的產(chǎn)物為AgCI、NaOH和02,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____.

(2)若省略“過濾工”,直接向冷卻后的反應(yīng)容器中滴加10%氨水,則需要增加氨水的用量,除因過量NaCIO與NH3.H20反應(yīng)外(該條件下NaC103與NH3 . H20不反應(yīng)),還因?yàn)?/p>

。

分析:(l) NaCIO溶液與Ag反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NaCIO+4Ag+2H2O= 4NaOH+4AgCI+O2↑。從氧化還原反應(yīng)的角度分析,NaCIO中+l價的氯元素具有氧化性,可以從Ag中得到電子,而自身價態(tài)下降到 l價,形成CI-。那怎么會有02產(chǎn)生呢?在NaCIO氧化Ag的過程中,起作用的是新生氧,即NaCIO水解產(chǎn)生的HCIO分解得到的氧原子,它將Ag氧化成Ag+,由于Ag+能與CI結(jié)合形成AgCI沉淀,促使溶液中的HCIO分解得更多。如果反應(yīng)中不是NaCIO過量,而是有足夠的Ag,則新生氧會繼續(xù)與Ag反應(yīng),CI不足的情況下,就不會全部形成AgCI沉淀,可能形成Ag2O沉淀。

在反應(yīng)中pH值的控制也很重要,堿性太強(qiáng),CIO水解程度小,產(chǎn)生的HCIO就少,分解產(chǎn)生的新生氧也就少,氧化能力不足;如果堿性太弱,CIO水解程度大,產(chǎn)生的HCIO分解加劇,新生氧有可能快速形成氧分子釋放出去,也會造成氧化能力不足。

(2)NH3中的氮元素顯 3價,是氮元素的最低價態(tài),具有還原性,與具有氧化性的NaCIO反應(yīng)是完全可以的。反應(yīng)中如果NaCIO足量,可以將NH3氧化成N2,反應(yīng)為3NaC10+2NH3==N2 +3NaCl+3 H2O;如果NaCIO少量,也可能將NH3氧化成肼(N2 H4),反應(yīng)為NaCIO+2NH3 ==N2 H4 +NaCI+H2O。

例2 (2018年江蘇第19題節(jié)選)以C12、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和S02為原料可制備N2H4 - H20(水合肼)和無水Na2 S03,其主要實(shí)驗(yàn)流程如下:

已知:①C12+20H- =CIO- +CI-+HzO是放熱反應(yīng)。

②N2 H4.H2O的沸點(diǎn)約為118℃,具有強(qiáng)還原性,能與NaCIO劇烈反應(yīng)生成Nz。

(1)步驟Ⅱ合成N2 H4·H2O的裝置如圖1所示。NaCIO堿性溶液與尿素水溶液在40℃以下反應(yīng)一段時間后,再迅速升溫至110℃繼續(xù)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中通過滴液漏斗滴加的溶液是_____。

分析:由題意可知,NaCIO與尿素反應(yīng)后得到水合肼和Na2 C03溶液,反應(yīng)方程式為NaCIO+(NH2 )2CO+2NaOH==NaCI+N2 H4 +Na2C03 +H20。由“已知②”可知裝置中NaCIO應(yīng)從滴液漏斗慢慢滴加且不能過量。但題中顯示要分成兩個階段反應(yīng),目的是什么呢,為什么不能直接加熱到110℃?

由于NaCIO受熱會分解,所以不能直接加熱到110℃,所以NaCIO應(yīng)該在40℃以下反應(yīng)的那段時間中結(jié)束反應(yīng)。查閱資料得知尿素屬于酰胺類物質(zhì),與NaCIO發(fā)生的是霍夫曼酰胺降解反應(yīng)。由尿素與NaCIO反應(yīng)制取水合肼的過程可以分成兩個部分:第一部分,可以稱為氯代,即尿素分子中一個氮原子上連接的氫原子被NaCIO中的氯取代,即 H2 NCONH2+NaCIO→Hz NCONHCI+NaOH,H2 NCONHCI在堿性條件下脫去一分子HCI轉(zhuǎn)化成H2 N-CO-N,并發(fā)生重排得到Hz N-N=C=o;第二部分,H2 N-N-C=O發(fā)生水解轉(zhuǎn)化成H2 N- NH2和COz,堿性條件下COz轉(zhuǎn)化成C05-,H2 NCONHCI脫下來的HCI與NaOH反應(yīng)得到NaCI。由于H2 N-N=C=O轉(zhuǎn)化成肼的水解過程需要較高的溫度,故升溫到110℃反應(yīng)一段時間。

作者單位:江蘇省蘇州市相城第三實(shí)驗(yàn)中學(xué)

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