Question

20．世界環保聯盟建議全面禁止使用氯氣用于飲用水的消毒，而建議采用高效“綠色”消毒劑二氧化氯．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．實驗室以電解法制備ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黃色黏稠狀液體或斜方形晶體，極易爆炸，有類似氯氣的刺激性氣味，自然爆炸點為95℃，在熱水中易分解，在空氣中易揮發，不穩定．②氣體B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍．
回答下列問題：
（1）電解時，發生反應的化學方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑．實驗室制備氣體B的化學方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，為保證實驗的安全，在電解時需注意的問題是：①控制好生成NCl₃的濃度；②控制好反應溫度．
（2）NCl₃與NaClO₂（亞氯酸鈉）按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂，該反應的離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．
（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，進行了下列實驗：
步驟1：準確量取ClO₂溶液10mL，稀釋成100mL試樣；
步驟2：量取V₁ mL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30min．
步驟3：以淀粉溶液作指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．（已知I₂+2
S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①上述步驟3中滴定終點的現象是最后一滴滴入后，溶液從藍色變成無色，且30s內不變色；
②根據上述步驟可計算出原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代數式表示）．

Answer 1

分析 NH₄Cl溶液中加入鹽酸進行電解得到NCl₃，結合元素守恒可知，生成的氣體A為H₂，NCl₃溶液中加入NaClO₂溶液，得到ClO₂與氣體B，氣體B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，則B為NH₃．
（1）由上述分析可知，電解發生反應：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；實驗室用氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水；
由題目信息可知，NCl₃極易爆炸，盡量用稀有氣體進行稀釋，在熱水中易分解，電解中應注意：控制好生成NCl₃的濃度，控制好反應溫度；
（2）NCl₃與NaClO₂按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂與NH₃，由氫元素守恒可知，有水參加反應，1molNCl₃得到1molNH₃，由ClO₂^-、ClO₂中Cl原子與O原子之比均為1：2，結合電荷守恒可知，反應還生成NaCl與NaOH；
（3）①碘反應完畢，加入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，溶液藍色褪去；
②ClO₂與I^-反應得到Cl^-與I₂，由電子轉移守恒及已知反應，可得關系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，據此計算V₁ mL試樣中ClO₂的物質的量，進而計算100mL溶液中ClO₂的物質的量，再結合m=nM計算原10mL溶液中ClO₂的濃度．

解答 解：NH₄Cl溶液中加入鹽酸進行電解得到NCl₃，結合元素守恒可知，生成的氣體A為H₂，NCl₃溶液中加入NaClO₂溶液，得到ClO₂與氣體B，氣體B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，則B為NH₃．
（1）由上述分析可知，電解發生反應：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；實驗室用氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水，反應方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
由題目信息可知，NCl₃極易爆炸，盡量用稀有氣體進行稀釋，在熱水中易分解，電解中應注意：控制好生成NCl₃的濃度，控制好反應溫度；
故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；控制好反應溫度；
（2）NCl₃與NaClO₂按物質的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應生成ClO₂與NH₃，由氫元素守恒可知，有水參加反應，1molNCl₃得到1molNH₃，由ClO₂^-、ClO₂中Cl原子與O原子之比均為1：2，結合電荷守恒可知，反應還生成NaCl與NaOH，反應離子方程式為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
故答案為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
（3）①碘反應完畢，加入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，溶液藍色變為無色，且30s內不變色，說明反應到達終點，
故答案為：溶液藍色變為無色，且30s內不變色；
②ClO₂與I^-反應得到Cl^-與I₂，由電子轉移守恒及已知反應，可得關系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，則V₁ mL試樣中ClO₂的物質的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$，故100mL溶液中ClO₂的物質的量為為c mol/L×V₂×10^-3L×5×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$，故原10mL溶液中ClO₂的質量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$×68.5g/mol，
ClO₂與I^-反應得到Cl^-與I₂，由電子轉移守恒及已知反應，可得關系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，則V₁ mL試樣中ClO₂的物質的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$，故100mL溶液中ClO₂的物質的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$，故原10mL溶液中ClO₂的質量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$×67.5g/mol=cV₂×10^-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g，即原溶液中ClO₂的濃度為（cV₂×10^-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g）÷0.01L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及氧化還原反應滴定、離子方程式書寫、電解原理等知識點，明確實驗原理、物質性質、實驗基本操作等是解本題關鍵，同時還考查計算能力，知道流程圖中發生的反應及基本操作方法、物質成分等，難度中等．