Question

10．ClO₂是一種黃綠色到橙黃色的氣體，ClO₂與Cl₂的氧化性相近，被國(guó)際上公認(rèn)為安全、低毒的綠色消毒劑，近幾年我國(guó)用ClO₂代替氯氣對(duì)飲用水進(jìn)行消毒．
（1）工業(yè)上制備ClO₂的反應(yīng)原理常采用：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl．
濃鹽酸在反應(yīng)中顯示出來(lái)的性質(zhì)是酸性和還原性
（2）科學(xué)家研究出的一種新的制備ClO₂的方法，在酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），請(qǐng)完成該離子反應(yīng)方程式并配平：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O．
（3）液氯也常用作自來(lái)水消毒，則相同物質(zhì)的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂的2.5倍．（消毒效率指單位物質(zhì)的量得電子數(shù)）
（4）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^-1之間．碘量法可以檢測(cè)水中ClO₂的濃度，步驟如下：
操作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)．
操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
操作Ⅲ：加硫酸調(diào)節(jié)水樣pH至1～3．操作時(shí)，不同
pH環(huán)境中粒子種類如右圖所示：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)色恰好消失．
（5）ClO₂對(duì)污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-a mg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，其離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂$\frac{50a}{13}$mol．

Answer 1

分析 （1）HCl中的氯元素在產(chǎn)物存在于Cl₂，氯元素的化合價(jià)升高，氯元素被氧化，存在NaCl中氯元素的化合價(jià)未變化；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），發(fā)生氧化還原反應(yīng)，遵循電子、電荷守恒；
（3）設(shè)物質(zhì)的量均為1mol，則ClO₂、Cl₂的轉(zhuǎn)化為Cl^-得到電子分別為5mol、2mol；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂與KI發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，發(fā)生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，藍(lán)色消失；
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；結(jié)合離子反應(yīng)計(jì)算．

解答 解：（1）2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl中生成氯氣體現(xiàn)還原性、生成NaCl體現(xiàn)酸性，故答案為：酸性和還原性；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），離子反應(yīng)為H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，遵循電荷、電子守恒，
故答案為：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；
（3）設(shè)物質(zhì)的量均為1mol，則ClO₂、Cl₂的轉(zhuǎn)化為Cl^-得到電子分別為5mol、2mol，則相同物質(zhì)的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂的$\frac{5mol}{2mol}$=2.5倍，故答案為：2.5；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂與KI發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)為2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂，故答案為：2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，發(fā)生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，藍(lán)色消失，則確定操作Ⅱ完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色恰好消失，故答案為：藍(lán)色恰好消失；
（5）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，離子反應(yīng)為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質(zhì)的量為$\frac{1000ag}{26g/mol}$=$\frac{50a}{13}$mol，由2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量為$\frac{50a}{13}$mol，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；  $\frac{50a}{13}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)含量的測(cè)得，為高頻考點(diǎn)，把握發(fā)生的氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)的計(jì)算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，題目難度不大．