Question

10．用二氧化氯（ClO₂）、高鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質(zhì)量為166g•mol^-1）等新型凈水劑代傳統(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Cl^-和Fe³⁺．
（1）①高鐵酸鈉主要通過如下反應(yīng)制�。�2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，則X的化學(xué)式NaCl．
②Na₂FeO₄之所以能凈水，除它本身具有強(qiáng)氧化性外，另一個(gè)原因可能是高鐵酸鈉的還原產(chǎn)物Fe³⁺能水解生成氫氧化鐵膠體，氫氧化鐵膠體具有吸附性，可以吸附水中的懸浮雜質(zhì)，從而凈水．
（2）二氧化氯是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點(diǎn)為-59°C，沸點(diǎn)為11.0°C，易溶于水．ClO₂可以看做是亞氯酸（HClO₂）和氯酸（HClO₃）的混合酸酐．工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生用如圖1所示的裝置模擬工業(yè)制取及收集ClO₂，其中A為ClO₂的發(fā)生裝置，B為ClO₂的凝集裝置，C為尾氣吸收裝置．請回答：
①A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，該反應(yīng)氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1．
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)充的裝置為冰水浴冷凝裝置或盛有冰水的水槽，理由是因?yàn)槎�氧化氯常溫下為氣體不能凝結(jié)為液體，降溫使二氧化氯液化．
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?jiān)趫D2中方框中畫出該裝置改正后的正確的裝置圖．
④ClO₂很不穩(wěn)定，需要隨用隨制，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)行下列實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)確量取ClO₂溶液10mL，稀釋成100mL試樣；量取V₁ mL試樣加入到錐形瓶中，調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；加入淀粉指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，反應(yīng)原理：2Na₂S₂O₃+I₂→Na₂S₄O₆+2NaI，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．當(dāng)藍(lán)色變?yōu)闊o色時(shí)，可以判斷此滴定操作到達(dá)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）．
（3）如果以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，那么ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒劑的消毒效率最小的是Na₂FeO₄（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)原子守恒來分析判斷；
②具有氧化性物質(zhì)能夠殺菌消毒，氫氧化鐵膠體具有吸附性；
（2）①A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂、CO₂，結(jié)合反應(yīng)物與生成物書寫反應(yīng)方程式，標(biāo)注元素化合價(jià)變化判斷氧化劑和還原劑及其物質(zhì)的量之比；
②B為ClO₂的凝集裝置，冷水冷卻；
③C處為密封裝置，過量氣體不能排出；
④根據(jù)反應(yīng)原理，滴定終點(diǎn)時(shí)，I₂完全反應(yīng)，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，根據(jù)元素守恒結(jié)合反應(yīng)得到關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計(jì)算c（ClO₂）；
（3）以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，設(shè)質(zhì)量均為m，消毒效率分別為$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1．

解答 解：（1）①2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3X+5H₂O反應(yīng)中存在原子守恒，則X為NaCl，故答案為：NaCl；
②高鐵酸鈉具有氧化性物質(zhì)能夠殺菌消毒，生成的三價(jià)鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，氫氧化鐵膠體具有吸附性，可以吸附水中的懸浮雜質(zhì)，起到凈水作用，
故答案為：高鐵酸鈉的還原產(chǎn)物Fe³⁺能水解生成氫氧化鐵膠體，氫氧化鐵膠體具有吸附性，可以吸附水中的懸浮雜質(zhì)，從而凈水；
（2）①A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂、CO₂，由反應(yīng)物與生成物可知反應(yīng)為2KClO₃+H₂C₂O₄=K₂CO₃+ClO₂↑+CO₂↑+H₂O，氯元素化合價(jià)+5價(jià)變化為+4價(jià)，化合價(jià)降低做氧化劑，草酸中碳元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+4價(jià)，化合價(jià)升高做還原劑，化學(xué)方程式定量關(guān)系可知，氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為2：1，
故答案為：2：1；
②熔點(diǎn)為-59°C，沸點(diǎn)為11.0°C，沸點(diǎn)低于常溫，裝置B部分還應(yīng)補(bǔ)充裝置為冰水浴冷凝裝置或盛有冰水的水槽，降溫使二氧化氯液化，
故答案為：冰水浴冷凝裝置或盛有冰水的水槽，因?yàn)槎�氧化氯常溫下為氣體不能凝結(jié)為液體，降溫使二氧化氯液化；
③C處為密封裝置，過量氣體不能排出，可導(dǎo)致儀器炸裂，則C不合理，正確的裝置是在燒杯中直接吸收，裝置圖為，故答案為：C；；
④滴定終點(diǎn)時(shí)，I₂完全反應(yīng)，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，二氧化硫和碘單質(zhì)的反應(yīng)中，根據(jù)電子守恒，得到：2ClO₂～5I₂，結(jié)合反應(yīng)2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，得到關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃．
設(shè)原ClO₂溶液的濃度為x，
   2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
   2mol            10mol
$\frac{1{0}^{-2}x{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$    1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：藍(lán)色變?yōu)闊o色，$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
（3）以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，設(shè)質(zhì)量均為m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率分別為$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1，所以由大到小的順序?yàn)镃lO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄，
故答案為：Na₂FeO₄．

點(diǎn)評 本題以氯及其化合物的性質(zhì)考查氧化還原反應(yīng)及物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，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，把握習(xí)題中的信息及知識遷移應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生綜合應(yīng)用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度較大．