氯酸钠提纯与产率提高解决方案（理论计算）——溶度积的典型应用

氯酸钠提纯与产率提高解决方案（理论计算）——溶度积的典型应用

注：本文计算没有考虑同离子效应对于氯化钠溶解度的影响，因为我懒得思考了实际应用时氯化钠不应饱和，否则产物讲混有不溶氯化钠杂质

如果有错误请麻烦指出哦~作者只是个刚自学完溶解平衡公式的飞舞初中生

对于粗略制备氯酸钠，cod去除剂是个不错的选择

主要步骤

1.用开水溶解，得到饱和溶液

2.降温结晶，得到第一份产物

3.分离出母液，开启磁力搅拌器持续搅拌，缓慢加入氯化钠，直到氯化钠不再溶解（或者早点停止加入也行，这步不好把控）

步骤设计原因

2.氯酸钠溶解度随温度变化明显，在开水里约为200g，而在常温下约为100g，可以降温结晶

3.由于常温下氯酸钠溶解度仍然很高，为提高产率不浪费原料，利用同离子效应，加入廉价的氯化钠以降低氯酸钠溶解度让其进一步析出。注意这里氯化钠和氯酸钠溶解度都会降低，所以氯化钠要慢慢加

产率提高理论计算

氯酸钠在水中满足以下溶解平衡

\[K_{sp}=[Na^+][ClO_3^-] \]

在温度恒定下\(K_{sp}\)为常数

设氯酸钠饱和溶液中目前有\(n_1\ mol\)的\(NaClO_3\)，加入\(n_2\ mol\ NaCl\)并全部溶解，\(NaClO_3\)析出\(x\ mol\)

\[K_{sp}=n_1^2=(n_1+n_2-x)(n_1-x) \]

其中\(n_1,n_2\)都可看做已知量，化简得到关于\(x\)的二次方程

\[\begin{gathered} x^2-(2n_1+n_2)x+x_1x_2=0\\ x=\frac{2n_1+n_2±\sqrt{4n_1^2+n_2^2}}{2} \end{gathered} \]

非常粗略地估计氯酸钠饱和溶液为\(5\ mol·L^{-1}\)，若在\(1L\)饱和氯酸钠溶液中加入\(2\ mol\ NaCl\)，代入得

\[\begin{gathered} x=\frac{12±\sqrt{104}}{2}mol\\ x_1≈1\ mol,x_2≈11\ mol \end{gathered} \]

\(11\ mol\)显然扯淡，所以得出析出\(1\ mol\)

因为氯酸钠在开水中溶解度约为在常温下的两倍，第二步析出\(1 \ mol\)，所以总产出理论约提高\(20\%\)