Question

20．高氯酸銨（AP）是人工防冰雹的藥劑，在受劇熱撞擊能引起爆炸．通過(guò)電解-復(fù)分解法制備AP的流程以及相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）流程中“一次分離”的操作是過(guò)濾；二次分離的操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶．
（2）反應(yīng)器中加入氯化銨發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓．
（3）若電解槽為隔膜式電解槽，隔膜為質(zhì)子（H⁺）交換膜，電解槽中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺．
（4）流程中設(shè)計(jì)循環(huán)利用的目的是充分利用原料，提高經(jīng)濟(jì)效益．
（5）高氯酸銨在爆炸時(shí)放出大量的熱，生成水和三種氣體單質(zhì)，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應(yīng)，11.75g高氯酸銨爆炸時(shí)釋放akJ熱量，高氯酸銨爆炸的熱化學(xué)方程式是2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol（已知Mr（NH₄ClO₄）=117.5）
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無(wú)氧酸鹽，某同學(xué)用21.3gNaClO₃受熱分解生成的NaClO₄按上述流程制取高氯酸銨．整個(gè)流程中ClO₄^-損失了a%，最多能制得高氯酸銨的質(zhì)量是18.375×（1-a%）g（已知：Mr（NaClO₃）=106.5）

Answer 1

分析 由圖可知，NH₄ClO₄的溶解度受溫度影響很大，NaCl溶解度受溫度影響不大，NH₄Cl、NaClO₄的溶解度受溫度影響也很大，但相同溫度下，它們?nèi)芙舛冗h(yuǎn)大于NH₄ClO₄，故采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶可析出高氯酸銨；通過(guò)過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，進(jìn)一步得到純產(chǎn)品，需要經(jīng)過(guò)重結(jié)晶．洗滌沉淀時(shí)為防止損失，用冷水洗滌．據(jù)此分析判斷；
（1）通過(guò)蒸發(fā)濃縮得到過(guò)飽和溶液，再降低溫度，溶解度小的物質(zhì)析出，過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，依據(jù)溶解度曲線變化趨勢(shì)分析，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶可析出高氯酸銨；
（2）氯化銨和高氯酸鈉反應(yīng)生成高氯酸銨和氯化鈉；
（3）陽(yáng)極上陰離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成高氯酸鹽，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)；
（4）循環(huán)使用的原則是參與反應(yīng)，過(guò)程中又生成的物質(zhì)循環(huán)使用，提高原料利用率，減少損耗；
（5）高氯酸銨在爆炸時(shí)放出大量的熱，生成水和三種氣體單質(zhì)，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應(yīng)，則反應(yīng)生成物為：氮?dú)�、氧氣、氯氣，原子守恒配平�?shū)寫(xiě)得到化學(xué)方程式，結(jié)合定量關(guān)系計(jì)算對(duì)應(yīng)反應(yīng)定量關(guān)系下反應(yīng)放出的熱量，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)一個(gè)反應(yīng)的焓變得到熱化學(xué)方程式；
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無(wú)氧酸鹽，結(jié)合原子守恒配平書(shū)寫(xiě)得到化學(xué)方程式，就定量關(guān)系計(jì)算得到；

解答 解：（1）通過(guò)蒸發(fā)濃縮得到過(guò)飽和溶液，再降低溫度，溶解度小的物質(zhì)析出，過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，要得到純產(chǎn)品，需要經(jīng)過(guò)重結(jié)晶，由圖可知，NH₄ClO₄的溶解度受溫度影響很大，NaCl溶解度受溫度影響不大，NH₄Cl、NaClO₄的溶解度受溫度影響也很大，但相同溫度下，它們?nèi)芙舛冗h(yuǎn)大于NH₄ClO₄，故采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶可析出高氯酸銨，
故答案為：過(guò)濾，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；
（2）制得粗產(chǎn)品的反應(yīng)原理為：NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓，符合溶解度大的向溶解度小的方向移動(dòng)原理，
故答案為：NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓；
（3）若電解槽為隔膜式電解槽，隔膜為質(zhì)子（H⁺）交換膜，電解槽中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺，
故答案為：ClO₃^--2e^-+H₂O=ClO₄^-+2H⁺；
（4）循環(huán)使用的原則是參與反應(yīng)，過(guò)程中又生成的物質(zhì)循環(huán)使用，提高原料利用率，減少損耗，
故答案為：充分利用原料，提高經(jīng)濟(jì)效益；
（5）高氯酸銨在爆炸時(shí)放出大量的熱，生成水和三種氣體單質(zhì)，其中一種氣體呈黃綠色，另兩種氣體在高溫或放電的條件下可發(fā)生反應(yīng)，則反應(yīng)生成物為：氮?dú)狻⒀鯕�、氯氣，原子守恒配平�?shū)寫(xiě)得到化學(xué)方程式，2NH₄ClO₄=N₂↑+2O₂↑+Cl₂↑+4H₂O，
11.75g高氯酸銨爆炸時(shí)釋放akJ熱量，2×117.5g高氯酸銨爆炸時(shí)釋放20akJ熱量，
結(jié)合定量關(guān)系計(jì)算對(duì)應(yīng)反應(yīng)定量關(guān)系下反應(yīng)放出的熱量，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)一個(gè)反應(yīng)的焓變得到熱化學(xué)方程式：2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol，
故答案為：2NH₄ClO_4（s）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$N_2）（g）↑+2O_2（g）↑+Cl₂↑（g）+4H₂O（l）△H=-20aKJ/mol；
（6）NaClO₃受熱分解只生成NaClO₄和一種無(wú)氧酸鹽，結(jié)合原子守恒配平得到化學(xué)方程式為：4NaClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3NaClO₄+NaCl
用21.3gNaClO₃受熱分解生成的NaClO₄按上述流程制取高氯酸銨．整個(gè)流程中ClO₄^-損失了a%，
4NaClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3NaClO₄+NaCl
4×106.5    3×122.5
21.3g         m
m=18.375g
由于NH₄Cl+NaClO₄=NaCl+NH₄ClO₄↓，所以最多能制得高氯酸銨的質(zhì)量是18.375×（1-a%）；
故答案為：18.375×（1-a%）；

點(diǎn)評(píng) 本題以高氯酸銨（AP）是人工防冰雹的藥劑，在受劇熱撞擊能引起爆炸．通過(guò)電解-復(fù)分解法制備AP的流程為背景的綜合題，涉及理論分析、讀圖看圖、氧化還原反應(yīng)，化學(xué)方程式計(jì)算等內(nèi)容，考查學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)處理能力，難度較大．注意蒸發(fā)和冷卻結(jié)晶原理不同．