Question

1．二氧化氯（ClO₂）可用于自來水消毒．以粗鹽為原料生產ClO₂的工藝主要包括：①粗鹽精制；②電解微酸性NaCl溶液；③ClO₂的制取．工藝流程如圖：

（1）粗食鹽水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質．除雜操作時，往粗鹽水中先加入過量的試劑X，X是BaCl₂（填化學式），至沉淀不再產生后，再加入過量的Na₂CO₃和NaOH，充分反應后將沉淀一并濾去．經檢測發現濾液中仍含有一定量的SO₄^2-，其原因是BaCl₂、BaSO₄和BaCO₃的Ksp相差不大，當溶液中存在大量的CO₃^2-離子時，BaSO₄（s）會部分轉化為BaCO₃（s）．（已知：Ksp（BaSO₄）=1.1×10^-10；Ksp（BaCO₃）=5.1×10^-9）
（2）上述過程中，將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉與鹽酸反應生成ClO₂．電解時生成的氣體B是H₂；反應Ⅲ的化學方程式為2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+2NaCl+2H₂O．
（3）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，進行了以下實驗：
步驟1：準確量取ClO₂溶液10.00mL，稀釋成100mL試樣．
步驟2：量取V₁mL試樣加入到錐形瓶中，調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，搖勻，在暗處靜置30分鐘．（已知：ClO₂+I^-+H⁺-I₂+Cl^-+H₂O 未配平）
步驟3：以淀粉溶液作指示劑，用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①準確量取10.00mL ClO₂溶液的玻璃儀器是酸式滴定管．
②滴定過程中，至少須平行測定兩次的原因是減少實驗誤差．
③根據上述步驟可計算出原ClO₂溶液的物質的量濃度為$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol•L^-1（用含字母的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）粗食鹽水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，除雜操作時，往粗鹽水中先加入過量的試劑BaCl₂，用于除去SO₄^2-，至沉淀不再產生后，再加入過量的Na₂CO₃來除去原溶液中的Ca²⁺和為除去SO₄^2-而引入的Ba²⁺，然后再加入NaOH溶液來除去Mg²⁺，充分反應后將沉淀一并濾去；經檢測發現濾液中仍含有一定量的SO₄^2-，是因為在溶液中沉淀溶解平衡，BaSO₄ 和BaCO₃的K_sp相差不大，當溶液中存在大量的CO₃^2-離子時，BaSO₄（s）會部分轉化為BaCO₃（s），
（2）將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉，根據氧化還原反應中的化合價升高與降低的總數相等判斷電解時生成的氣體B的名稱；根據題意反應Ⅲ為氯酸鈉與氯化氫反應生成二氧化氯、氯化鈉和水；
（3）①ClO₂溶液顯酸性，應該用酸式滴定管準確量取10.00 mL ClO₂溶液；
②為了減少實驗的偶然性，減少實驗誤差，實驗至少須平行測定兩次，取其平均值；
③由方程式ClO₂+I^-+H⁺-I₂+Cl^-+H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-得關系式ClO₂～5S₂O₃^2-，n（S₂O₃^2-）=cV₂×10^-3mol，所以V₁mL ClO₂的溶液中含有的ClO₂的物質的量為2cV₂×10^-4mol，根據c=$\frac{n}{V}$計算出原ClO₂溶液的物質的量濃度．

解答 解：（1）除雜操作時，往粗鹽水中先加入過量的試劑BaCl₂，用于除去SO₄^2-，至沉淀不再產生后，再加入過量的Na₂CO₃來除去原溶液中的Ca²⁺和為除去SO₄^2-而引入的Ba²⁺；然后再加入NaOH溶液來除去Mg²⁺，充分反應后將沉淀一并濾去；經檢測發現濾液中仍含有一定量的SO₄^2-，是因為在溶液中沉淀溶解平衡，BaSO₄ 和BaCO₃的Ksp相差不大，當溶液中存在大量的CO₃^2-離子時，BaSO₄（s）會部分轉化為BaCO₃（s），
故答案為：BaCl₂；BaSO₄和BaCO₃的Ksp相差不大，當溶液中存在大量的CO₃^2-離子時，BaSO₄（s）會部分轉化為BaCO₃（s）；
（2）將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉，根據氧化還原反應中的化合價升高與降低的總數相等可知電解時生成的氣體B為H₂；根據題意反應Ⅲ為氯酸鈉與氯化氫反應生成二氧化氯、氯化鈉和水，反應的化學方程式為：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+2NaCl+2H₂O，
故答案為：H₂；2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+2NaCl+2H₂O；
（3）①ClO₂溶液顯酸性，所以準確量取10.00 mL ClO₂溶液的玻璃儀器是酸式滴定管，
故答案為：酸式滴定管；
②在堿性滴定實驗過程中難免會產生誤差，為了減少實驗的偶然性，減少實驗誤差，實驗至少須平行測定兩次，取其平均值，這樣就更接近理論值，
故答案為：減少實驗誤差；
③由方程式ClO₂+I^-+H⁺-I₂+Cl^-+H₂O、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-得關系式ClO₂～5S₂O₃^2-，n（S₂O₃^2-）=cV₂×10^-3mol，所以V₁mL ClO₂的溶液中含有的ClO₂的物質的量為2cV₂×10^-4mol，則10mL的原溶液含有ClO₂的物質的量為：2cV₂×10^-4mol×$\frac{100mL}{{V}_{1}}$=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$×10^-2mol，所以原ClO₂溶液的物質的量濃度為：$\frac{\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}×1{0}^{-2}mol}{0.01L}$=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L，
故答案為：$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計、化學實驗基本操作方法及其綜合應用，題目難度中等，明確實驗原理及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力．