Question

Ⅰ．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。某學生擬用下圖所示裝置模擬工業制取并收集ClO₂。

（1）A必須添加溫度控制裝置，除酒精燈、溫度計外，還需要的玻璃儀器有          。
（2）反應后在裝置C中可得NaClO₂溶液。已知在溫度低于38℃時NaClO₂飽和溶液中析出晶體是NaClO₂·3H₂O，在溫度高于38℃時析出晶體是NaClO₂。根據上右圖所示的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 蒸發結晶；②            ；③ 洗滌；④ 干燥。
（3）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的濃度，進行了下列實驗：① 準確量取ClO₂溶液V₁mL加入到錐形瓶中，加適量蒸餾水稀釋，調節試樣的pH≤2.0。② 加入足量的KI晶體，靜置片刻。此時發生反應的離子方程式為：             ；③ 加入淀粉指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，至終點時消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。則原ClO₂溶液的濃度為         mol／L（用含字母的代數式表示）。（已知2 Na₂S₂O₃+I₂= Na₂S₄O₆+2NaI）
Ⅱ．將由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2－、Cl^－ 組合形成的三種強電解質溶液，分別裝入下圖裝置
中的甲、乙、丙三個燒杯中進行電解，電極均為石墨電極。

接通電源，經過一段時間后，測得乙中c電極質量增加。常溫下各燒杯中溶液pH與電解時間t的關系如右上圖（忽略因氣體溶解帶來的影響）。據此回答下列問題：
（1）寫出乙燒杯中發生反應的化學方程式                                      ；
（2）電極f上發生的電極反應為                             ；
（3）若經過一段時間后，測得乙燒杯中c電極質量增加了8g，要使丙燒杯中溶液恢復到原來的狀態，應進行的操作是                                   。

Answer 1

I． (1) 燒杯   (2分)  （2） 趁熱過濾  （2 分）
（3）2ClO₂ + 8H⁺ + 10I^－="==2" Cl^—+ 5I₂ + 4H₂O   （3 分）           （2 分）
Ⅱ．（1）2CuSO₄ + 2H₂O  2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄（2分）  
（2）4OH^－－4e^－=2H₂O + O₂↑（2分）
（3）向丙燒杯中加入2.25g水（3分）

試題分析：Ⅰ．（1）本題要結合題干所給信息解答。題干中提到制備二氧化氯是由潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時反應制得的，因此暗示該反應需要控制反應溫度。控制該反應溫度在60℃，可以選擇60℃的熱水浴。因此熱水浴的溫度控制裝置除酒精燈、溫度計外，還需要的玻璃儀器應該是能裝水浴加熱用的大燒杯。
（2）題中已說明NaClO₂溶液容易得到2中晶體，而低于38℃時NaClO₂飽和溶液中析出晶體是NaClO₂·3H₂O，高于38℃時析出晶體是NaClO₂ ，因此要得到無結晶水的NaClO₂ 晶體，要保證在過濾的時候溫度高于38℃，因此采用趁熱過濾。
（3）酸化的ClO₂溶液中加入KI晶體后，溶液變藍，說明有碘單質生成，所以發生的氧化還原反應離子方程式為2ClO₂ + 8H⁺ + 10I^－="==2" Cl^—+ 5I₂ + 4H₂O。
根據已知反應方程式關系得：n(ClO₂)="2/5" n(I₂) ， n(I₂)="1/2" n(Na₂S₂O₃)，因此n(ClO₂)="1/5" n(Na₂S₂O₃)。所以c (ClO₂ )= 1/5×c×V₂ ÷V₁ = mol／L
Ⅱ．從常溫下各燒杯中溶液pH與電解時間t的關系圖可知，甲、丙兩燒杯起始pH值等于7，甲、丙的電解質溶液是強酸強堿鹽；乙燒杯起始pH值小于7，電解質溶液為強酸弱堿鹽。乙燒杯的電極C質量增重，則可推斷增重原因為有金屬Cu析出，該電極是陰極，并由此可以得出電源M為負極，N為正極；a、c、e為陰極，b、d、f為陽極。
（1）乙燒杯的電極C質量增重，陰極為Cu2+放電；溶液pH值逐漸降低，說明溶液中陽極OH-放電，使溶液中氫離子增多；所以根據放電情況可以推測得出乙中的電解質溶液為CuSO4溶液，因此電解該溶液的化學方程式為2CuSO₄ + 2H₂O  2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄ 。
（2）丙燒杯中的電解質是強酸強堿鹽，隨著電解的進行，丙中的溶液pH值不變，則陰極e為H+放電，陽極f上OH-放電，電解實質在電解水，由此可推測該電解質溶液是Na2SO₄，因此f電極反應式為4OH^－－4e^－=2H₂O + O₂↑。
（3）乙燒杯中c電極質量增加了8g，則生成了0.125mol的單質Cu，則轉移電子0.25mol，因此丙燒杯中電解消耗0.125mol的水，要使溶液恢復，應該加入0.125mol的水，即2.25g水。