Question

用二氧化氯（ClO2）、鐵酸鈉（Na2FeO4摩爾質量為166g/mol）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Fe3＋。

（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）Na2FeO4溶于水會放出一種無色無味氣體，其殺菌消毒、吸附水中的懸浮雜質的原理可用離子方程式表示為_______________。

（3）工業以CH3OH與NaClO3為原料在酸性條件下制取ClO2，同時產生CO2氣體，已知該反應分為兩步進行，第一步為2ClO3-＋2Cl－＋4H＋＝2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O。

①寫出第二步反應的離子方程式______________。

②工業生產時需在反應物中加少量Cl－，其作用是________________。

③生產中會發生副反應ClO3-＋Cl－＋H＋－Cl2↑＋H2O（未配平），若測得反應后的混合氣體中Cl2的體積分數為3／73，則起始投料時CH3OH與NaClO3的物質的量之比為____________。

（4）已知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也可以看做是亞氯酸（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

【答案】

（1）ClO2; Cl2 Na2FeO4? （2） 4FeO42-+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑（3） ①CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl-+ CO2+6H+.②催化劑③1:6.1（4）①（冰水）冷凝②NaOH溶液 2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O

【解析】

試題分析：（1） ClO2、Na2FeO4、Cl2三種消毒殺菌劑的消毒效率分別是ClO2: 67.5g÷5mol= 13.5g/mol; Na2FeO4: 166g÷3mol=55.33g/mol;Cl2:71g/ 2mol=35.5g/mol.所以三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是ClO2> Cl2> Na2FeO4. （2） 根據題意可得Na2FeO4把H2O氧化為O2，氧氣殺菌消毒，它本身被還原為Fe3+ 。Fe3+水解產生Fe（OH）3膠體吸附水中的懸浮物質。從而凈化了水。該反應的離子方程式為：4FeO42-+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑。（3）①第二步反應的離子方程式為：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl-+ CO2+6H+。②由①中的兩個反應方程式可以看出若轉移相同的電子，Cl-的消耗與產生量相等。之所以在工業生產時要在反應物中加少量Cl－，是因為Cl-起作催化劑作用。③將第一步與第二步的方程式疊加可得總方程式：6ClO3-＋CH3OH＋6H＋=CO2↑+6ClO2↑＋5H2O。將副反應ClO3-＋Cl－＋H＋－Cl2↑＋H2O配平可得：ClO3-＋5Cl－＋6H＋=3Cl2↑＋3H2O若測得反應后的混合氣體中Cl2的體積分數為3／73，假設氣體的總物質的量為73mol，則Cl2為3mol；CO2和ClO2總物質的量為70mol。產生3mol的Cl2消耗NaClO3的物質的量1mol；根據方程式6ClO3-＋CH3OH＋6H＋=CO2↑+6ClO2↑＋5H2O可知產生CO2和ClO2總物質的量為70mol消耗CH3OH的物質的量為10mol；消耗 NaClO3的物質的量為60mol。所以共消耗CH3OH的物質的量為10mol；消耗 NaClO3的物質的量為60mol+3mol=61mol。因此起始投料時CH3OH與NaClO3的物質的量之比為10:61=1:6.1.（4） ①因為ClO2的沸點低，容易揮發，所以B部分還應補充的裝置是冷凝裝置。可以用冰水進行降溫。②C為尾氣吸收裝置，由于ClO2能與堿發生反應，所以通常用NaOH溶液來吸收。反應的方程式為：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O。

考點：考查飲用水的不同消毒劑的消毒效率的比較、ClO2的制法、性質及涉及的化學反應原理。主要包括氧化還原反應的化學方程式、離子方程式的配平、書寫、實驗裝置的選擇、應用和有關計算的知識。