Question

4．ClO₂气体是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂．我国从2 000年起逐步用ClO₂代替氯气对饮用水进行消毒．
（1）消毒水时，ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，说明ClO₂具有氧化性．
（2）工业上可用 Cl₂氧化 NaClO₂溶液制取 ClO₂，该反应的化学方程式为Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂．工业上还可在80℃时电解氯化钠溶液得到 NaClO₃，然后与盐酸反应得到ClO₂．电解时，NaClO₃在（填阴或阳）阳极生成，生成ClO₃^-的电极反应式为Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-．
（3）自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1～0.8mg/L之间．碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：
Ⅰ．取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O${\;}_{3}^{2-}$+I₂═S₄O${\;}_{6}^{2-}$+2I^-）
Ⅲ．加硫酸调节水样pH至1～3．
操作时，不同pH环境中粒子种类如图所示：
请回答：
①操作Ⅰ中反应的离子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②确定操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色．
③在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg/L．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中化合价升降相等，判断ClO₂中Cl元素化合价变化，元素化合价升高表现还原性，元素化合价降低表现氧化性，以此解答；
（2）ClO₂是一种新的消毒剂，工业上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，结合原则守恒和电子守恒写出该反应的化学方程，工业上还可用下列方法制备ClO₂，在80℃时电解氯化钠溶液得到NaClO₃，氯离子失电子在阳极生成氯酸根离子；
（3）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-；
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂与淀粉结合再次出现蓝色，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
④根据关系S₂O₃^2-～I^-～ClO₂先计算出ClO₂的物质的量，然后再计算出浓度．

解答 解：（1）反应中Fe元素、Mn元素化合价升高，根据化合价升降相等，ClO₂中Cl元素化合价降低，表现氧化性，故答案为：氧化；
（2）ClO₂是一种新的消毒剂，工业上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，结合原则守恒和电子守恒写出该反应的化学方程Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂，工业上还可用下列方法制备ClO₂，在80℃时电解氯化钠溶液得到NaClO₃，氯离子失电子在阳极生成氯酸根离子，电极反应为：Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-，
故答案为：Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂；阳； Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-；
（3）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，离子方程式为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，故答案为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-，故蓝色会消失，故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色．
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂，离子方程式为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，故答案为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～～I^-～～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
由于水样为 1L，所以 ClO₂ 的浓度为$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案为：0.675．

点评 本题主要考查了氧化还原反应、离子方程式式的书写以及化学计算，掌握物质性质和化学基础是解题的关键，题目难度中等．