Question

15．ClO₂氣體是一種常用的消毒劑，近幾年我國用ClO₂代替氯氣對飲用水進行消毒．
（1）消毒水時，ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，由此說明ClO₂具有氧化性．
（2）工業上可以通過下列方法制取ClO₂，請完成該化學反應方程式：2KClO₃+SO₂═2ClO₂+K₂SO₄．
（3）自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg•L^-1之間．碘量法可以檢測水中ClO₂的濃度，步驟如下：
Ⅰ．取一定體積的水樣，加入一定量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
Ⅲ．加硫酸調節水樣pH至1～3．
操作時，不同pH環境中粒子種類如圖所示：
請回答：
①操作Ⅰ中反應的離子方程式是2ClO₂+2I^-═2ClO₂^-+I₂．
②確定操作Ⅱ完全反應的現象是藍色消失，半分鐘內不變色．
③在操作Ⅲ過程中，溶液又呈藍色，反應的離子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，Fe、Mn元素的化合價升高，則Cl元素的化合價降低；
（2）Cl元素的化合價由+5價降低為+4價，則S元素的化合價升高，結合電子守恒及原子守恒分析；
（3）①操作I中發生ClO₂、I^-的氧化還原反應；
②加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-可知，完全反應時不存在單質碘；
③酸性溶液中發生氧化還原反應生成碘單質，ClO₂^-表現氧化性被還原為氯離子；
④根據關系式ClO₂～I^-～S₂O₃^2-先計算出ClO₂的物質的量，然后再計算出濃度．

解答 解：（1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，Fe、Mn元素的化合價升高，則Cl元素的化合價降低，可說明ClO₂具有氧化性，
故答案為：氧化；
（2）Cl元素的化合價由+5價降低為+4價，則S元素的化合價升高，結合電子守恒及原子守恒可知還生成K₂SO₄，故答案為：K₂SO₄；
（3）①操作I中發生ClO₂、I^-的氧化還原反應，其離子反應為2ClO₂+2I^-═2ClO₂^-+I₂，加入淀粉溶液，溶液變藍，故答案為：2ClO₂+2I^-═2ClO₂^-+I₂；
②加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-可知，完全反應時不存在單質碘，則操作Ⅱ完全反應的現象是藍色消失，半分鐘內不變色，
故答案為：藍色消失，半分鐘內不變色；
③酸性溶液中發生氧化還原反應生成碘單質，離子反應為ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，其物質的量為1.0×10^-3 mol/L×0.01L，
     ClO₂ ～I^-～S₂O₃^2-
     1           1
1.0×10^-5mol  1.0×10^-3 mol/L×0.01L
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg，
由于水樣的體積為1.0L，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，
故答案為：0.675．

點評 本題考查物質含量的測定實驗，為高頻考點，把握發生的氧化還原反應、關系式法的計算為解答的關鍵，側重分析與計算能力的綜合考查，題目難度中等．