Question

19．二氧化氯（ClO₂）在常溫下是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為-59℃，沸點為110℃，易溶于水．工業上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時反應制得．某學生擬用下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+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$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燒杯、溫度計；B裝置必須放在冰水浴中，其原因是使ClO₂充分冷凝，減少揮發．
（3）反應后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時析出晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時析出晶體是NaClO₂．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，產物用水吸收得到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10.00mL，稀釋成100.00mL試樣；量取V₁ mL試樣加入到錐形瓶中；
步驟2：用稀硫酸調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；
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．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
①配制100mL c mol/LNa₂S₂O₃標準溶液時，用到的玻璃儀器除燒杯、量筒、玻璃棒外還有：100mL容量瓶、膠頭滴管．
②寫出步驟2中發生反應的離子方程式2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
③原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用步驟中的字母代數式表示）．
④若滴定前滴定管尖嘴中有氣泡，滴定后氣泡消失，則測定結果偏高．
若滴定開始仰視讀數，滴定終點時正確讀數，則測定結果偏低．（填“偏高”“偏低”或“不變”）

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，二氧化氯的熔點較低，為收集二氧化氯，應在較低溫度下進行；
（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）①根據配制一定物質的量濃度的溶液使用的儀器解答；
②二氧化氯具有氧化性，在酸性環境下，能將碘離子氧化；
③根據關系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計算c（ClO₂）；
④根據實驗操作中滴定液體積大小的影響來回答判斷．

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，二氧化氯的熔點較低，為收集二氧化氯，應在較低溫度下進行，所以應該采用冰水浴，
故答案為：溫度計；使ClO₂充分冷凝，減少揮發；
（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）①配制100mL溶液用到的儀器有托盤天平、藥匙、玻璃棒、膠頭滴管、燒杯、100mL容量瓶、量筒（可用可不用），故還需要的玻璃儀器有：100mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：100mL容量瓶、膠頭滴管；
②二氧化氯具有氧化性，在酸性環境下，能將碘離子氧化，反應的原理方程式為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O，
故答案為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O；
③設原ClO₂溶液的濃度為x，
    2ClO₂ ～5I₂ ～10Na₂S₂O₃
    2mol            10mol
 $\frac{0.01x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{0.1}$   1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
④若滴定前滴定管尖嘴中有氣泡，滴定后氣泡消失，則相當于消耗的滴定液的體積偏大，所以測定結果偏大；
若滴定開始仰視讀數，滴定終點時正確讀數，相當于消耗的滴定液體積偏小，所以結果偏小，
故答案為：偏高；偏小．

點評 本題考查實驗方案的設計，題目難度較大，明確物質的性質是解本題關鍵，試題側重考查學生分析問題、解決問題的能力，注意掌握化學實驗基本操作方法及中和滴定原理．