Question

15．用二氧化氯（ClO₂）、高鐵酸鈉（Na₂FeO₄，摩爾質(zhì)量為166g/mol）等新型凈水劑替代傳統(tǒng)的凈水劑Cl₂對淡水進(jìn)行消毒是城市飲用水處理新技術(shù)．ClO₂和Na₂FeO₄在水處理過程中分別被還原為Cl^-和Fe³⁺．

（1）Na₂FeO₄之所以能凈水、殺菌、消毒，原因是具有強(qiáng)氧化性，還原產(chǎn)物Fe³⁺發(fā)生水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附懸浮物．
（2）已知二氧化氯是一種黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體，其熔點(diǎn)為-59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水．工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．用圖所示的裝置模擬工業(yè)制取及收集ClO₂．
①A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂等，請寫出反應(yīng)方程式2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O．
②A部分還應(yīng)添加溫度控制裝置，如水浴加熱或酒精燈、溫度計(jì)，B部分還應(yīng)補(bǔ)充的裝置為冰水浴（或冷水�。�，因?yàn)镃lO₂的沸點(diǎn)低，有利于凝聚收集（說明原因）．
③該裝置按②補(bǔ)充完整后，裝置A、B、C中還有一處設(shè)計(jì)明顯不合理的是C（填“A”“B”或“C”），請畫出正確的裝置圖．
④ClO₂需隨用隨制，產(chǎn)物用水吸收得到ClO₂溶液．為測定所得溶液中ClO₂的含量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
步驟1：準(zhǔn)確量取ClO₂溶液10ml，稀釋成100ml試樣；量取V₁ml試樣加入錐形瓶中；
步驟2：調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；
步驟3：加入淀粉指示劑，用cmol/LNa₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ml．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
步驟2的目的2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O（用離子方程式表示）．當(dāng)溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不變色時(shí)，可以判斷此滴定操作達(dá)到終點(diǎn)；由以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）Na₂FeO₄具有強(qiáng)氧化性，被還以為鐵離子，F(xiàn)e³⁺和 Al³⁺一樣會發(fā)生水解，生成絮狀的Fe（OH）₃ 膠體，膠體會吸附雜志而生成沉淀，從而達(dá)到凈水的目的；
（2）①根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)合原子守恒來書寫方程式；
②二氧化氯的沸點(diǎn)低，B裝置應(yīng)降低溫度；
③C裝置導(dǎo)氣管插入溶液易引起倒吸；
④二氧化氯具有氧化性，在酸性環(huán)境下，能將碘離子氧化；加入的指示劑為淀粉，淀粉遇單質(zhì)碘變藍(lán)，則單質(zhì)碘反應(yīng)完，則溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，達(dá)到滴定終點(diǎn)；根據(jù)關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計(jì)算c（ClO₂）．

解答 解：（1）Na₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)+6價(jià)具有強(qiáng)氧化性，能殺菌、消毒，高鐵酸鈉的還原產(chǎn)物是Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺可發(fā)生水解，生成Fe（OH）₃膠體，它可吸附水中懸浮的雜質(zhì)或泥沙膠粒等一起凝聚而沉降，達(dá)到凈水的效果，
故答案為：具有強(qiáng)氧化性，還原產(chǎn)物Fe³⁺發(fā)生水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附懸浮物；
（2）①加熱60℃，氯酸鉀和草酸反應(yīng)生成碳酸鉀、二氧化碳、二氧化氯和水，反應(yīng)方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
故答案為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O；
②二氧化氯的沸點(diǎn)低，B裝置應(yīng)降低溫度，補(bǔ)充冷凝裝置，B部分還應(yīng)補(bǔ)充的裝置為冰水浴（或冷水�。�；因?yàn)镃lO₂的沸點(diǎn)低，有利于凝聚收集，
故答案為：冰水�。ɑ蚶渌��。�；因?yàn)镃lO₂的沸點(diǎn)低，有利于凝聚收集；
③該裝置按②補(bǔ)充完整后，裝置A、B、C中還有一處設(shè)計(jì)明顯不合理的是C，應(yīng)防止倒吸，可以連接干燥管吸收，裝置圖為：，
故答案為：C；；
④二氧化氯具有氧化性，在酸性環(huán)境下，能將碘離子氧化，反應(yīng)的原理方程式為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O，
加入的指示劑為淀粉，淀粉遇單質(zhì)碘變藍(lán)，則單質(zhì)碘反應(yīng)完，則溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，達(dá)到滴定終點(diǎn)；
設(shè)原ClO₂溶液的濃度為x，準(zhǔn)確量取ClO₂溶液10.00mL，稀釋成100.00mL試樣，則濃度變?yōu)椋?\frac{x}{10}$，
2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
2mol                      10mol
$\frac{x}{10}$×V₁×10^-3mol    1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2mol×1{0}^{-3}c{V}_{2}mol}{10mol×\frac{{V}_{1}}{10}×1{0}^{-3}mol}$=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=67.5g/mol×$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g•L^-1，
故答案為：8H⁺+2ClO₂+10I^-=5I₂+2Cl^-+4H₂O；溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不變色；$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點(diǎn)評 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，同時(shí)考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難度中等．計(jì)算時(shí)要注意二氧化氯濃度的變化．