两道高考实验题中NaCIO的反应分析

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  在2017年和2018年江苏高考化学试卷的综合实验题中,连续两年都考查了NaCIO。学生都知道NaCIO具有较强的氧化性,根据题中的信息回答出考题要求的答案并不是很难。但是很多学生在做完题后都有这样的疑问:NaCIO氧化银单质后为什么还有氧气出现?NaCIO氧化尿素的过程中为什么先低温反应,再升高温度到llO℃反应呢?过程中涉及什么样的反应呢?带着这样的疑问,下面我们就一起来分析一下吧。
  1.NaCIO溶液的制取。现在工业上生产NaCIO溶液是采用无隔膜电解冷的、稀的食盐溶液,并搅动溶液使阳极所产生的氯气与阴极产生的NaOH溶液反应而制得的。
  2.NaCIO固体的性质。为白色固体,熔点为6℃,沸点为102.2℃。不稳定,受热或见光会分解(2N。CIO=光/热=2Na O2↑),生成的氧气还能与NaClO发生反应NaCIO O2=NaC103。易溶于水,NaCIO的水溶液又称漂白液,微黄色,有似氯气的气味,常用于纺织品的漂白。在水溶液中部分ClO-水解产生HCIO,HCIO会再分解产生HCI和新生氧[O],新生氧的氧化能力很强,所以NaCIO是强氧化剂。由于NaCIO易分解,保存时应放在阴凉避光的环境下。
  例1 (2017年江苏第19题节选)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。
  已知:①NaCIO溶液在受热或酸性条件
  △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反应的产物为AgCI、NaOH和02,该反应的化学方程式为_____.
  (2)若省略“过滤工”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量NaCIO与NH3.H20反应外(该条件下NaC103与NH3 . H20不反应),还因为
  。
  分析:(l) NaCIO溶液与Ag反应的化学方程式为4NaCIO 4Ag 2H2O= 4NaOH 4AgCI O2↑。从氧化还原反应的角度分析,NaCIO中 l价的氯元素具有氧化性,可以从Ag中得到电子,而自身价态下降到 l价,形成CI-。那怎么会有02产生呢?在NaCIO氧化Ag的过程中,起作用的是新生氧,即NaCIO水解产生的HCIO分解得到的氧原子,它将Ag氧化成Ag ,由于Ag 能与CI结合形成AgCI沉淀,促使溶液中的HCIO分解得更多。如果反应中不是NaCIO过量,而是有足够的Ag,则新生氧会继续与Ag反应,CI不足的情况下,就不会全部形成AgCI沉淀,可能形成Ag2O沉淀。
  在反应中pH值的控制也很重要,碱性太强,CIO水解程度小,产生的HCIO就少,分解产生的新生氧也就少,氧化能力不足;如果碱性太弱,CIO水解程度大,产生的HCIO分解加剧,新生氧有可能快速形成氧分子释放出去,也会造成氧化能力不足。
  (2)NH3中的氮元素显 3价,是氮元素的最低价态,具有还原性,与具有氧化性的NaCIO反应是完全可以的。反应中如果NaCIO足量,可以将NH3氧化成N2,反应为3NaC10 2NH3==N2 3NaCl 3 H2O;如果NaCIO少量,也可能将NH3氧化成肼(N2 H4),反应为NaCIO 2NH3 ==N2 H4 NaCI H2O。
  例2 (2018年江苏第19题节选)以C12、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和S02为原料可制备N2H4 - H20(水合肼)和无水Na2 S03,其主要实验流程如下:
  已知:①C12 20H- =CIO- CI- HzO是放热反应。
  ②N2 H4.H2O的沸点约为118℃,具有强还原性,能与NaCIO剧烈反应生成Nz。
  (1)步骤Ⅱ合成N2 H4·H2O的装置如图1所示。NaCIO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_____。
  分析:由题意可知,NaCIO与尿素反应后得到水合肼和Na2 C03溶液,反应方程式为NaCIO (NH2 )2CO 2NaOH==NaCI N2 H4 Na2C03 H20。由“已知②”可知装置中NaCIO应从滴液漏斗慢慢滴加且不能过量。但题中显示要分成两个阶段反应,目的是什么呢,为什么不能直接加热到110℃?
  由于NaCIO受热会分解,所以不能直接加热到110℃,所以NaCIO应该在40℃以下反应的那段时间中结束反应。查阅资料得知尿素属于酰胺类物质,与NaCIO发生的是霍夫曼酰胺降解反应。由尿素与NaCIO反应制取水合肼的过程可以分成两个部分:第一部分,可以称为氯代,即尿素分子中一个氮原子上连接的氢原子被NaCIO中的氯取代,即 H2 NCONH2 NaCIO→Hz NCONHCI NaOH,H2 NCONHCI在碱性条件下脱去一分子HCI转化成H2 N-CO-N,并发生重排得到Hz N-N=C=o;第二部分,H2 N-N-C=O发生水解转化成H2 N- NH2和COz,碱性条件下COz转化成C05-,H2 NCONHCI脱下来的HCI与NaOH反应得到NaCI。由于H2 N-N=C=O转化成肼的水解过程需要较高的温度,故升温到110℃反应一段时间。
  作者单位:江苏省苏州市相城第三实验中学
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