Question

4．ClO₂氣體是一種在水處理等方面有廣泛應(yīng)用的高效安全消毒劑．我國(guó)從2 000年起逐步用ClO₂代替氯氣對(duì)飲用水進(jìn)行消毒．
（1）消毒水時(shí)，ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，說(shuō)明ClO₂具有氧化性．
（2）工業(yè)上可用 Cl₂氧化 NaClO₂溶液制取 ClO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂．工業(yè)上還可在80℃時(shí)電解氯化鈉溶液得到 NaClO₃，然后與鹽酸反應(yīng)得到ClO₂．電解時(shí)，NaClO₃在（填陰或陽(yáng)）陽(yáng)極生成，生成ClO₃^-的電極反應(yīng)式為Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-．
（3）自來(lái)水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg/L之間．碘量法可以檢測(cè)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(diào)至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍(lán)．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O${\;}_{3}^{2-}$+I₂═S₄O${\;}_{6}^{2-}$+2I^-）
Ⅲ．加硫酸調(diào)節(jié)水樣pH至1～3．
操作時(shí)，不同pH環(huán)境中粒子種類(lèi)如圖所示：
請(qǐng)回答：
①操作Ⅰ中反應(yīng)的離子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②確定操作Ⅱ完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色．
③在操作Ⅲ過(guò)程中，溶液又呈藍(lán)色，反應(yīng)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(shí)消耗了1.0×10^-3 mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg/L．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，判斷ClO₂中Cl元素化合價(jià)變化，元素化合價(jià)升高表現(xiàn)還原性，元素化合價(jià)降低表現(xiàn)氧化性，以此解答；
（2）ClO₂是一種新的消毒劑，工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，結(jié)合原則守恒和電子守恒寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程，工業(yè)上還可用下列方法制備ClO₂，在80℃時(shí)電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，氯離子失電子在陽(yáng)極生成氯酸根離子；
（3）①用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，由圖知，此條件下粒子種類(lèi)為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來(lái)配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應(yīng)2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-；
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂與淀粉結(jié)合再次出現(xiàn)藍(lán)色，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來(lái)配平；
④根據(jù)關(guān)系S₂O₃^2-～I(xiàn)^-～ClO₂先計(jì)算出ClO₂的物質(zhì)的量，然后再計(jì)算出濃度．

解答 解：（1）反應(yīng)中Fe元素、Mn元素化合價(jià)升高，根據(jù)化合價(jià)升降相等，ClO₂中Cl元素化合價(jià)降低，表現(xiàn)氧化性，故答案為：氧化；
（2）ClO₂是一種新的消毒劑，工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，結(jié)合原則守恒和電子守恒寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂，工業(yè)上還可用下列方法制備ClO₂，在80℃時(shí)電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，氯離子失電子在陽(yáng)極生成氯酸根離子，電極反應(yīng)為：Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-，
故答案為：Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂；陽(yáng)； Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-；
（3）①用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，由圖知，此條件下粒子種類(lèi)為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，離子方程式為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，故答案為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應(yīng)2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-，故藍(lán)色會(huì)消失，故答案為：藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色．
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂，離子方程式為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～～I(xiàn)^-～～ClO₂               
             1                    1
   1.0×10^-3 mol/L×0.01L          1.0×10^-5mol
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水樣為 1L，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案為：0.675．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了氧化還原反應(yīng)、離子方程式式的書(shū)寫(xiě)以及化學(xué)計(jì)算，掌握物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)基礎(chǔ)是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．