Question

1．ClO₂氣體是一種常用的消毒劑，我國從2000年起逐步用ClO₂代替氯氣對飲用水進行消毒．
（1）消毒水時，ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，在這個過程中，Fe²⁺、Mn²⁺的化合價升高，說明ClO₂具有氧化性．
（2）工業(yè)上可以通過下列方法制取ClO₂，請完成該化學反應方程式：2KClO₃+SO₂═2ClO₂+K₂SO₄．
（3）使Cl₂和H₂O（g）通過灼熱的炭層，生成HCl和CO₂，是放熱反應，當1mol Cl₂參與反應時釋放145kJ的熱量，寫出這個反應的熱化學方程式：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1．
（4）自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg•L^-1之間．碘量法可以檢測水中ClO₂的濃度，步驟如下：
Ⅰ．取一定體積的水樣，加入一定量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
Ⅲ．加硫酸調節(jié)水樣pH至1～3．
操作時，不同pH環(huán)境中粒子種類如圖所示：請回答：
①操作Ⅰ中反應的離子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②確定操作Ⅱ完全反應的現象是藍色消失，半分鐘內不變色．
③在操作Ⅲ過程中，溶液又呈藍色，反應的離子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）Fe²⁺、Mn²⁺的化合價升高，Cl元素的化合價降低；
（2）氧化還原反應，遵循電子、原子守恒；
（3）1mol Cl₂參與反應時釋放145kJ的熱量，結合焓變、狀態(tài)及物質的量與熱量成正比書寫；
（4）①用氫氧化鈉溶液調至中性，由圖知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，根據化合價升降總數相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-；
③由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂與淀粉結合再次出現藍色，根據化合價升降總數相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
④根據關系S₂O₃^2-～I^-～ClO₂先計算出ClO₂的物質的量，然后再計算出濃度．

解答 解：（1）在這個過程中，Fe²⁺、Mn²⁺的化合價升高，則ClO₂的化合價降低，為氧化劑，具有氧化性，故答案為：氧化；
（2）由電子、原子守恒可知反應為2KClO₃+SO₂=2ClO₂+K₂SO₄，故答案為：K₂SO₄；
（3）1mol Cl₂參與反應時釋放145kJ的熱量，則熱化學方程式為2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1，
故答案為：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1；
（4）①用氫氧化鈉溶液調至中性，由圖可知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，離子方程式為2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，
故答案為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-，故藍色會消失，
故答案為：藍色消失，半分鐘內不變色；
③由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂，離子方程式為ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④結合反應可知 S₂O₃^2-～I^-～ClO₂              
                         1           1        1
   1.0×10^-3 mol/L×0.01L          1.0×10^-5mol
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水樣為 1L，則ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，
故答案為：0.675．

點評 本題考查物質含量的測定，為高頻考點，把握氧化還原反應、熱化學方程式、關系式、圖象分析為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．