Question

2．Cl0₂氣體是一種常用的消毒劑，我國從2000年起逐步用Cl0₂代替氯氣對飲用水進行消毒．但二氧化氯是一種極易爆炸的強氧化性氣體，易溶于水、不穩定、呈黃綠色，在生產和使用時必須盡量用稀有氣體進行稀釋，同時需要避免光照、震動或加熱．
（1）歐洲國家主要采用氯酸鈉氧化濃鹽酸制備Cl0₂，缺點主要是產率低，產品難以分離，還產生毒副產品．該反應的化學反應方程式為：2NaClO₃+4HCl（濃）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O．科學家又研究出了一種新的制備Cl0₂的方法，利用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄）溶液還原氯酸鈉，化學反應方程式為H₂C₂O₄+2NaClO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O此法提高了生產及儲存、運輸的安全性，原因是反應過程中生成的二氧化碳起到稀釋作用
（2）自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg/L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Na₂S₂ O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
III．加硫酸調節水樣pH至1～3．操作時，不同pH環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．
③若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時消耗了1.0×10^一3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg/L．

Answer 1

分析 （1）氯酸鈉氧化濃鹽酸生成氯化鈉、氯氣、二氧化氯、水；用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄）溶液還原氯酸鈉，反應生成硫酸鈉、二氧化碳、二氧化氯、水，以此來解答；
（3）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；
③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 （1）氯酸鈉氧化濃鹽酸生成氯化鈉、氯氣、二氧化氯、水，該反應為2NaClO₃+4HCl（濃）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，
用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄）溶液還原氯酸鈉，反應生成硫酸鈉、二氧化碳、二氧化氯、水，該反應為H₂C₂O₄+2NaClO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，此法提高了生產及儲存、運輸的安全性，原因是反應過程中生成的二氧化碳起到稀釋作用；
故答案為：2NaClO₃+4HCl（濃）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；H₂C₂O₄+2NaClO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；反應過程中生成的二氧化碳起到稀釋作用．
（2）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^-，離子方程式為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，
故答案為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂；
②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；
③S₂O₃^2-～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，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案為：0.675．

點評 本題考查二氧化氯的制備、性質及應用，注意把握所給信息來分析解答，側重學生解決新問題能力的考查，將知識活學活用為解答的關鍵，題目難度中等．