Question

7．ClO₂氣體是一種高效、廣譜、安全的殺菌消毒劑，可用NaClO₃和草酸（H₂C₂O₄）反應(yīng)制得．無(wú)水草酸100℃可以升華．某學(xué)習(xí)小組用圖1裝置模擬工業(yè)制取收集ClO₂．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置A需在60℃～100℃進(jìn)行的原因是溫度過(guò)低，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，溫度過(guò)高草酸升華或分解，控制所需溫度的方法是水浴加熱．
（2）電動(dòng)攪拌棒的作用是將反應(yīng)物充分混合（或充分反應(yīng)、或使反應(yīng)物受熱均勻）．裝置A中反應(yīng)產(chǎn)物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（3）在裝置C中ClO₂和NaOH反應(yīng)生成等物質(zhì)的量的兩種鹽，其中一種鹽為NaClO₂，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O．
（4）用ClO₂處理過(guò)的飲用水（pH為5.5～6.5）往往殘留少量ClO₂和一定量對(duì)人體不利的亞氯酸根離子（ClO₂^-）．
①ClO₂被I^-還原為ClO₂^-、Cl^-的轉(zhuǎn)化率與溶液pH的關(guān)系如圖2所示
②當(dāng)pH≤2.0時(shí)，ClO₂^-也能被I^-還原成Cl^-
③2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI
根據(jù)上述信息，請(qǐng)補(bǔ)充完整測(cè)定飲用水中ClO₂^-含量的實(shí)驗(yàn)方案：
取一定體積的飲用水，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為7.0～8.0；加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)（或藍(lán)色褪去），記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積；加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0；繼續(xù)用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積；再重復(fù)上述操作1～2次，計(jì)算得出結(jié)果．
（實(shí)驗(yàn)中需使用的試劑：淀粉溶液、標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液、KI溶液、稀硫酸）

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析：裝置A中盛放草酸和NaClO₃，反應(yīng)生成ClO₂氣體：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，裝置A用電動(dòng)攪拌棒，將反應(yīng)物充分混合（或充分反應(yīng)、或使反應(yīng)物受熱均勻），B為ClO₂的凝集裝置，裝置C為尾氣吸收裝置．
（1）無(wú)水草酸100℃可以升華所以反應(yīng)溫度低于100℃，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率慢，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置A需在60℃～100℃進(jìn)行，60℃～100℃反應(yīng)，需要用水浴加熱；
（2）電動(dòng)攪拌可讓讓反應(yīng)物充分的接觸，加快反應(yīng)速率；裝置A中反應(yīng)物為NaClO₃、H₂C₂O₄，產(chǎn)物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（3）NaOH吸收ClO₂，生成物質(zhì)的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為ClO₂^-，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律來(lái)書(shū)寫(xiě)；
（4）題目信息提示用的是連續(xù)碘量法進(jìn)行測(cè)定，信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，說(shuō)明步驟中有碘生成，結(jié)合pH≤2.0時(shí)，ClO₂^-與I^-反應(yīng)的離子方程式可判斷出調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0，據(jù)此設(shè)計(jì)測(cè)定飲用水中ClO₂^-含量的實(shí)驗(yàn)方案．

解答 解：（1）一般來(lái)說(shuō)，升高溫度，活化分子的百分?jǐn)?shù)增大，反應(yīng)速率增大，溫度過(guò)低，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，無(wú)水草酸100℃可以升華，溫度過(guò)高草酸升華或分解，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置A需在60℃～100℃進(jìn)行，反應(yīng)溫度低于水的沸點(diǎn)，用水浴可使反應(yīng)容器受熱均勻，所以反應(yīng)要用水浴加熱，
故答案為：溫度過(guò)低，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，溫度過(guò)高草酸升華或分解；水浴加熱；
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)電動(dòng)攪拌，能增加反應(yīng)物的接觸機(jī)會(huì)，將反應(yīng)物充分混合（或充分反應(yīng)、或使反應(yīng)物受熱均勻），使反應(yīng)速率加快，裝置A中反應(yīng)物為NaClO₃、H₂C₂O₄，產(chǎn)物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，Cl（+5→+4），C（+3→+4），根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，該反應(yīng)方程式為：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案為：將反應(yīng)物充分混合（或充分反應(yīng)、或使反應(yīng)物受熱均勻）；2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（3）NaOH吸收ClO₂尾氣，生成物質(zhì)的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為ClO₂^-，氧化還原反應(yīng)規(guī)律，另一種離子中Cl元素化合價(jià)升高，即為ClO₃^-，反應(yīng)的離子方程式為：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O，
故答案為：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O；
（4）信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，說(shuō)明步驟中有碘生成，是用連續(xù)碘量法進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)曲線圖示在pH≤2.0時(shí)，ClO₂被I^-還原只生成Cl^-，pH≥7.0時(shí)，ClO₂被I^-還原只生成ClO₂^-；而用ClO₂處理過(guò)的飲用水，其pH為5.5～6.5，所以其中既含有ClO₂，又含有ClO₂^-，若將溶液的pH調(diào)節(jié)為7.0～8.0，則第一階段滴定時(shí)只是ClO₂被I^-還原只生成ClO₂^-，溶液的ClO₂^-沒(méi)有被I^-還原，所以第二階段滴定前應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0，使ClO₂^-與I^-反應(yīng)，以測(cè)定樣品水樣中亞氯酸根離子的含量，所以需調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0，所以測(cè)定飲用水中ClO₂^-含量的實(shí)驗(yàn)方案為：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)（或藍(lán)色褪去），記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積；加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0；繼續(xù)用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積，
故答案為：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)（或藍(lán)色褪去），記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積；加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH≤2.0；繼續(xù)用標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液的體積．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備的反應(yīng)原理及測(cè)定含量發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．