Question

7．二氧化氯（ClO₂）是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為-59℃，沸點為11.0℃，易溶于水．工業上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時反應制得．某學生擬用如圖所示裝置模擬工業制取并收集ClO₂．

（1）A中反應產物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，請寫出該反應的化學方程式：2KClO₃+H₂C₂O_{4$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$} K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（2）A必須添加溫度控制裝置，除酒精燈外，還需要的玻璃儀器有溫度計、燒杯；
（3）反應后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂飽和溶液中在溫度低于38℃時析出晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時析出晶體是NaClO₂．根據上圖所示的NaClO₂的溶解度曲線，請補充從NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶體的操作步驟：
①蒸發濃縮結晶；②趁熱過濾；③洗滌；④干燥．
（4）ClO₂很不穩定，需隨用隨制，用水吸收得到ClO₂溶液．為測定所得溶液中ClO₂的含量，進行了下列實驗：
步驟1：準確量取ClO₂溶液10mL，稀釋成100mL試樣；量取V₁mL試樣加入到錐形瓶中；
步驟2：調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；此時發生的離子方程式為：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O；
步驟3：加入淀粉指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．則原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代數式表示）．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）

Answer 1

分析 （1）根據反應物、產物和反應條件寫出反應方程式；
（2）測量溫度的儀器是溫度計，水浴加熱需要燒杯；
（3）從溶液中制取溶質，一般采用蒸發結晶、過濾、洗滌、干燥的方法；
（4）調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；此時發生的離子方程式為二氧化氯氧化碘離子為碘單質，多次實驗可以減少誤差，根據關系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計算c（ClO₂）．

解答 解：（1）加熱60℃，氯酸鉀和草酸反應生成碳酸鉀、二氧化碳、二氧化氯和水，反應方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（2）要控制溫度必須使用溫度計測量溫度，用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時反應制得二氧化氯，需要水浴加熱，需要的玻璃儀器還有燒杯，
故答案為：溫度計，燒杯；
（3）從溶液中制取溶質，一般采用蒸發結晶、過濾、洗滌、干燥的方法，為防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，應趁熱過濾，
故答案為：蒸發濃縮結晶；趁熱過濾；
（4）調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；此時發生的離子方程式為二氧化氯氧化碘離子為碘單質，反應的離子方程式為：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O，為減少實驗誤差，應采用多次實驗的方法，
設原ClO₂溶液的濃度為x，
      2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
      2mol          10mol
$\frac{1{0}^{-2}x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$   1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O，$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點評 本題考查實驗方案的設計，同時考查學生分析問題、解決問題的能力，明確物質的性質是解本題關鍵，難度較大．