Question

15．二氧化氯（ClO₂，黃綠色易溶于水的氣體）是高效、低毒的消毒劑，答下列問題：

（1）工業上可用KC1O₃與Na₂SO₃在H₂SO₄存在下制得ClO₂，該反應氧化劑與還原劑物質的量之比為2：1．
（2）實驗室用NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料，通過以下過程制備ClO₂：
①電解時發生反應的化學方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑．
②溶液X中大量存在的陰離子有Cl^-、OH^-．
③除去ClO₂中的NH₃可選用的試劑是c（填標號）．
a．水b．堿石灰C．濃硫酸d．飽和食鹽水
（3）用上圖裝置可以測定混合氣中ClO₂的含量：
Ⅰ．在錐形瓶中加入足量的碘化鉀，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸：
Ⅱ．在玻璃液封裝置中加入水．使液面沒過玻璃液封管的管口；
Ⅲ．將一定量的混合氣體通入錐形瓶中吸收；
Ⅳ．將玻璃液封裝置中的水倒入錐形瓶中：
Ⅴ．用0.1000mol•L^-1硫代硫酸鈉標準溶液滴定錐形瓶中的溶液（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-），指示劑顯示終點時共用去20.00mL硫代硫酸鈉溶液．在此過程中：
①錐形瓶內ClO₂與碘化鉀反應的離子方程式為2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
②玻璃液封裝置的作用是吸收殘余的二氧化氯氣體（避免碘的逸出）．
③V中加入的指示劑通常為淀粉溶液，滴定至終點的現象是溶液由藍色變為無色，且半分鐘內溶液顏色不再改變．
④測得混合氣中ClO₂的質量為0.02700 g．．
（4）ClO₂處理過的飲用水會含有一定最的亞氯酸鹽．若要除去超標的亞氯酸鹽，下列物質最適宜的是d（填標號）．
a．明礬b．碘化鉀c．鹽酸d．硫酸亞鐵．

Answer 1

分析 本題在分析制ClO₂的基礎上，探究實驗室用NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料，通過以下過程制備ClO₂，涉及氯化銨與鹽酸混合溶液電解生成NCl₃的原理及NCl₃和NaClO₂反應制ClO₂的原理，以及反應后的混合物分離與提純，另外還考查了利用滴定原理測定混合氣體中ClO₂的含量的基本操作要點及數據處理；
（1）KClO₃在H₂SO₄存在下與Na₂SO₃反應，SO₃^2-被氧化成SO₄^2-，由電子、電荷守恒可知該離子反應為2ClO₃^-+SO₃^2-+2H⁺═2ClO₂+SO₄^2-+H₂O；
（2）由生產流程可知氯化銨在鹽酸溶液中進行電解，陰極生成氫氣，陽極生成NCl₃，電解方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑，在NCl₃溶液中加入NaClO₂，可生成ClO₂、NH₃和X，X中含Cl^-、OH^-；由信息可知，ClO₂易溶于水，所以不能利用水溶液吸收，氨氣為堿性氣體，利用性質差異分離提純；
（3）①由題目信息可知，ClO₂通入錐形瓶與酸性碘化鉀溶液反應，氧化I^-為I₂，自身被還原為Cl^-，同時生成水；
②玻璃液封裝置可防止有害氣體逸出；
③淀粉遇碘單質變藍；
④根據關系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計算n（ClO₂），再根據m=nM計算m（ClO₂）；
（4）亞氯酸鹽具有氧化性，Fe²⁺將ClO₂^-還原成Cl^-，Fe²⁺ 被氧化為鐵離子．

解答 解：（1）KClO₃在H₂SO₄存在下與Na₂SO₃反應制得ClO₂，可知SO₃^2-被氧化成SO₄^2-，由電子、電荷守恒可知該離子反應為2ClO₃^-+SO₃^2-+2H⁺═2ClO₂+SO₄^2-+H₂O，氧化劑為KClO₃，還原劑為Na₂SO₃，由離子反應可知該反應氧化劑與還原劑物質的量之比為2：1，故答案為：2：1；
（2）①由生產流程可知氯化銨在鹽酸溶液中電解，陰極生成氫氣，陽極生成NCl₃，電解方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑，故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；
②在NCl₃溶液中加入NaClO₂，可生成ClO₂、NH₃和X，發生NCl₃+NaClO₂+H₂O→ClO₂+NH₃+NaOH+NaCl，溶液X中大量存在的陰離子有Cl^-、OH^-，故答案為：Cl^-、OH^-．
③a．ClO₂易溶于水，不能利用飽和食鹽水吸收氨氣，故錯誤；
b．堿石灰不能吸收氨氣，故錯誤；
c．濃硫酸可以吸收氨氣，且不影響ClO₂，故正確；
d．ClO₂易溶于水，不能利用水吸收氨，故錯誤；
故答案為：c；
（3）①由題目信息可知，ClO₂通入錐形瓶與酸性碘化鉀溶液反應，氧化I^-為I₂，自身被還原為Cl^-，同時生成水，反應離子方程式為2ClO₂+10I^-+8H⁺═2Cl^-+5I₂+4H₂O，故答案為：2ClO₂+10I^-+8H⁺═2Cl^-+5I₂+4H₂O；
②玻璃液封裝置的作用是吸收殘留的ClO₂氣體（避免碘的逸出），故答案為：吸收殘留的ClO₂氣體（避免碘的逸出）；
③V中加入的指示劑通常為淀粉溶液，滴定至終點的現象是溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色，故答案為：淀粉溶液，溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色；
④含有Na₂S₂O₃物質的量為0.02 L×0.1mol/L=0.002 mol，則：
根據關系式：2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃，
            2            10
       n（ClO₂）       0.002mol
所以n（ClO₂）=0.0004mol，
所以m（ClO₂）=0.004 mol×67.5g/mol=0.02700g，故答案為：0.02700；
（4）若要除去超標的亞氯酸鹽，ac均不能還原亞氯酸鹽，b中KI具有還原性但氧化產物不適合飲用水使用，只有d中Fe²⁺將ClO₂^-還原成Cl^-，Fe²⁺ 被氧化為鐵離子，且鐵離子水解生成膠體可凈化飲用水，則最適宜的是d，故答案為：d．

點評 本題考查物質含量的測定，為高頻考點，為2015年高考真題，把握物質的性質、制備流程、發生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗、計算能力的綜合考查，綜合性較強，題目難度中等．