Question

(本小題15分)用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質量為166 g·mol^－1）等新型凈水劑替代傳統的凈水劑Cl₂對淡水進行消毒是城市飲用水處理新技術。ClO₂和Na₂FeO₄在水處理過程中分別被還原為Cl^－和Fe^3＋。

(1)如果以單位質量的氧化劑所得到的電子數來表示消毒效率，那么，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是        ＞        ＞        。

(2)鐵酸鈉之所以能凈水，除它本身具有強氧化性外，另一個原因可能是：

                                                            。

(3)二氧化氯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。ClO₂可以看做是亞氯酸（HClO₂）和氯酸（HClO₃）的混合酸酐。工業上用稍潮濕的KClO₃和草酸在60℃時反應制得。某學生用如圖所示的裝置模擬工業制取及收集ClO₂，其中A為ClO₂的發生裝置，B為ClO₂的凝集裝置，C為尾氣吸收裝置。請問：

①A部分還應添加溫度控制（如水浴加熱）裝置，B部分還應補充什么裝置            ；

②C中應裝的試劑為            。C中發生反應的化學方程式為：

                                                            。

Answer 1

(1)ClO₂  Cl₂  Na₂FeO₄（5分）

(2)鐵酸鈉的還原產物Fe^3＋能水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附水中懸浮物，從而凈水（3分）

(3)①（冰水）冷凝（2分）   ②NaOH溶液（2分，其它合理也可）

2ClO₂＋2NaOH=== NaClO₂＋NaClO₃＋H₂O（3分，其它反應不是主要得分點）

解析:

(1)設ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂的質量均為1 g，則被還原時，它們得到電子的物質的量分別為：ClO₂ ：×5＝0.074 mol；Na₂FeO₄ ：×3＝0.018 mol；Cl₂ ：×2＝0.028 mol。故三種物質的消毒效率由大到小的順序是ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄。

(2)鐵酸鈉在消毒時，被還原為Fe^3＋，Fe^3＋＋3H₂OFe（OH）₃＋3H^＋，水解生成的Fe（OH）₃膠體表面積較大，具有吸附性能，可吸附水中懸浮的雜質。

(3)由題所給信息，二氧化氯的物理性質可知，二氧化氯被收集在B裝置中，為提高收集效果，應補加冷凝裝置。ClO₂可以看做是亞氯酸（HClO₂）和氯酸（HClO₃）的混合酸酐，所以尾氣可用NaOH溶液吸收，發生歧化反應，生成NaClO₂和NaClO₃混合鹽。技能空間：自身氧化還原反應中的“歧化”與“歸中”。歧化反應：反應物自身氧化還原反應，同種元素一部分化合價升高，一部分化合價降低的反應。如Cl₂ +2NaOH===NaCl +NaClO+H₂O。歸中反應：同一元素不同價態原子間發生氧化還原反應時：高價態降低為中間價態， 低價態升高為中間價態，也可歸納為：兩相靠，不相交。若中間有多種價態，則原高價物質對應的還原產物價態仍高，原低價態的物質對應的氧化產物的價態仍低。如H₂SO₄(濃)＋H₂S ===S↓＋2SO₂↑＋2H₂O，此反應中H₂S不可能變為SO₂，同樣，H₂SO₄也不可能變為生成物中S。

應試策略：化學實驗與化學計算放在一起進行綜合考查是高考命題的趨勢之一，考試大綱也提出明確要求：根據實驗現象，觀察、記錄、分析或處理數據，得出正確結論。我們在復習化學實驗知識的同時，絕對不能忽視對元素化合物、基本概念、理論、化學計算等方面知識的復習，高考化學考查的內容充分體現了學科內知識的系統性和綜合性。