Question

13．加碘食鹽中加入的碘酸鉀是一種白色結晶粉末，常溫下很穩定，加熱至560℃開始分解．工業生產碘酸鉀的流程如下：

（1）檢驗加碘食鹽中的碘元素，學生甲利用碘酸鉀與碘化鉀在酸性條件下發生反應．用四氯化碳檢驗所生成的碘時，主要用到的玻璃儀器有分液漏斗．
（2）從濾液中得到KIO₃成品的操作為蒸發結晶，操作時除不斷用玻璃棒攪拌外，還需要注意的事項有當析出較多晶體時，應停止加熱，利用余熱蒸干．
（3）某探究學習小組測定加碘食鹽中碘的含量，設計的實驗步驟如下：
①準確稱取w g食鹽，加適量蒸餾水使其完全溶解；
②用稀硫酸酸化所得溶液，加入過量KI溶液，使KIO₃與KI反應完全；反應的方程式如下，請配平1KIO₃+5KI+3H₂SO₄═3K₂SO₄+3I₂+3H₂O；
③生成的碘單質用Na₂S₂O₃溶液滴定，反應的離子方程式為：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．滴定時，選擇淀粉為指示劑，眼睛應該注視錐形瓶內溶液顏色的變化，達到滴定終點時的現象為當滴入最后一滴時，溶液藍色剛好消失，且30秒內不恢復，加入物質的量濃度為2.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10.0mL時，恰好反應完全．
（4）該加碘食鹽樣品中的碘元素含量是$\frac{1270}{3w}$mg/kg（以含w的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據實驗操作可知，用四氯化碳檢驗碘時，需要用到萃取，則需要用到分液漏斗；
（2）由KIO₃溶液得到KIO₃成品，則需要蒸發結晶；根據蒸發結晶所需要的注意事項判斷；
（3）②反應中I₂→KH（IO₃）₂，I元素化合價由0價升高為+5價，共升高10價．KClO₃→KCl、Cl₂，氯元素化合價降低，還原產物為KCl、Cl₂，KClO₃→KCl氯元素化合價由+5降低為-1價，化合價降低6價，KClO₃→Cl₂氯元素化合價由+5降低為0價，化合價總共降低10價，二者獲得的電子數目相同，獲得電子最小公倍數為30，則KCl的系數為5，Cl₂的系數為3，所以化合價降低60價，故I₂系數為6，根據元素守恒配平KClO₃、H₂O、KH（IO₃）₂的系數；
③根據反應的離子方程式可知，第②步生成的碘單質被消耗，則可選用與碘單質顯色的淀粉做指示劑；根據滴定操作注意事項回答；
（4）根據硫代硫酸鈉與碘酸鉀的關系式計算碘酸鉀的物質的量，再根據質量分數公式計算碘的含量．

解答 解：（1）根據實驗操作可知，用四氯化碳檢驗碘時，需要用到萃取，則需要用到分液漏斗，故答案為：分液漏斗；
（2）由KIO₃溶液得到KIO₃成品，則需要將溶劑蒸發掉，而得到晶體，該操作為蒸發結晶；當蒸發到較多晶體析出時，溶劑較少，為了防止形成的晶體KIO₃受熱分解，應停止加熱，用儀器的余熱蒸干溶劑，
故答案為：蒸發結晶；當析出較多晶體時，應停止加熱，利用余熱蒸干；
（3）②反應中I₂→KH（IO₃）₂，I元素化合價由0價升高為+5價，共升高10價．KClO₃→KCl、Cl₂，氯元素化合價降低，還原產物為KCl、Cl₂，KClO₃→KCl氯元素化合價由+5降低為-1價，化合價降低6價，KClO₃→Cl₂氯元素化合價由+5降低為0價，化合價總共降低10價，二者獲得的電子數目相同，獲得電子最小公倍數為30，則KCl的系數為5，Cl₂的系數為3，所以化合價降低60價，故I₂系數為6，根據元素守恒配平KClO₃、H₂O、KH（IO₃）₂的系數，化學方程式可寫為：1 KIO₃+5 KI+3 H₂SO₄═3 K₂SO₄+3 I₂+3 H₂O，
故答案為：1、5、3、3、3、3；
③根據反應的離子方程式可知，第②步生成的碘單質被消耗，則可選用與碘單質顯色的淀粉做指示劑；滴定時，眼睛應時刻注視溶液顏色變化，防止滴定過量；滴定終點時，為了防止出現滴定不足或者滴定過量，應保持溶液半分鐘內顏色不變，
故答案為：淀粉；   錐形瓶內溶液顏色的變化；當滴入最后一滴時，溶液藍色剛好消失，且30秒內不恢復；
（4）設碘酸鉀的物質的量為x．
KIO₃+5KI+3H₂SO₄=3K₂SO₄+3I₂+3H₂O①；   I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-②，將方程式②×3+①得
IO₃^-+6H⁺+6S₂O₃^2-=I^-+3S₄O₆^2-+3H₂O
1               6
x              2.0×10^-3mol/L×0.01L
x=$\frac{2.0×10{\;}^{-3}mol/L×0.01L}{6}$=$\frac{1}{3}$×10^-5mol，根據碘原子守恒知，碘元素的質量=$\frac{1}{3}$×10^-5mol/L×127g/mol=$\frac{127}{3}$×10^-5g，
所以碘元素的質量分數=$\frac{\frac{127}{3}×10{\;}^{-5}}{w}$=$\frac{1270}{3w}$mg/kg，
故答案為：$\frac{1270}{3w}$．

點評 本題考查物質組成與含量的測定、對實驗原理理解、氧化還原滴定、閱讀獲取信息的能力等，難度較大，是對知識的綜合運用，理解實驗原理是解題的關鍵，需要學生具有扎實的基礎與綜合運用分析解決問題的能力．