Question

【题目】二氧化氯（ClO2）广泛应用于纸浆漂白、杀菌消毒和水净化处理等领域。工业上利用甲醇还原NaClO3的方法制备ClO2，工艺流程如下：

已知：a．发生器中制备ClO2的反应：12NaClO3+8H2SO4+3CH3OH=12ClO2↑+3HCOOH+4Na3H(SO4)2↓+9H2Ob．相关物质的熔沸点：

（1）ClO2可用于纸浆漂白、杀菌消毒是因其具有_____性。

（2）冷却塔用于分离ClO2并回收CH3OH，应控制的最佳温度为 ______________（填字母）。

a．0~10℃ b．20~30℃ c．60~70℃

（3）可以获得芒硝（Na2SO4·10H2O）并使部分原料循环利用。已知：Na2SO4·10H2O和Na2SO4的溶解度曲线如图：

① Na3H(SO4)2处理器中获得芒硝时需加入NaClO3固体，从芒硝溶解平衡的角度解释其原因 __（结合方程回答）。

②结合Na2SO4·10H2O和Na2SO4的溶解度曲线，过程Ⅱ的操作是：在32.4℃恒温蒸发，_______。

③Na3H(SO4)2处理器的滤液中可以循环利用的原料是NaClO3和_____。

（4）为测定存储罐中所得溶液中ClO2的含量，进行了以下实验：

步骤1：准确量取ClO2溶液10.00 mL，稀释成100 mL试样。

步骤2：量取V1mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇 匀，在暗处静置30分钟。(已知：ClO2＋I－＋H+—I2＋Cl－＋H2O 未配平)

步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol·L－1Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V2 mL。（已知：I2＋2S2O32-＝2I－＋S4O62-）

①准确量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃仪器是______。

②若实验中使用的Na2S2O3标准溶液部分因被氧气氧化而变质,则实验结果_____ (填“偏高”、“偏低”或“无影响”)

③根据上述步骤可计算出原ClO2溶液的浓度为_____mol·L-1（用含字母的代数式表示）。

（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。ClO2的有效氯含量为_______。(计算结果保留两位小数)

Answer 1

【答案】氧化 B Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移动，使Na2SO410H2O晶体析出 冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 H2SO4 酸式滴定管 偏高 2.63g

【解析】

发生器中发生反应：12NaClO3+8H2SO4+3CH3OH═12ClO2↑+3HCOOH+4Na3H(SO4)2↓+9H2O，过滤得到不溶性Na3H(SO4)2滤渣和含有CH3OH等物质的滤液，滤液在冷却塔中冷却分离出ClO2气体，含有CH3OH等物质的滤液循环到发发生器中，充分利用原料CH3OH和NaClO3，ClO2气体在吸收塔中冰水冷却至液体ClO2储存；处理器中，Na3H(SO4)2滤渣在Na+作用下与水转化为Na2SO410H2O和H2SO4，过滤得到芒硝Na2SO410H2O，滤液中的H2SO4和NaClO3循环到发生器中充分利用，据此分析解答(1)～(3)；

(4)ClO2溶液显酸性，结合2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O、I2+2S2O32-═2I-+S4O62-得关系式ClO2～5S2O32-，据此计算原ClO2溶液的浓度；

(5)根据每克含氯消毒剂转移的电子，结合ClO2～Cl-～5e-，Cl2～2Cl-～2e-分析计算。

(1)ClO2具有强氧化性，可用于纸浆漂白、杀菌消毒，故答案为：氧化；

(2)ClO2的沸点为11℃，CH3OH沸点为65℃，便于分离气态的ClO2和液态的含有CH3OH的滤液，冷却塔中控制的温度在11～65℃之间，结合后续实验的冷却，则最佳温度应该控制在20～30℃，故答案为：B；

(3)①Na2SO410H2O晶体在溶液中存在溶解和结晶的平衡，即Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，根据平衡移动原理可知，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移动，使Na2SO410H2O晶体析出，故答案为：Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移动，使Na2SO410H2O晶体析出；

②由Na2SO410H2O和Na2SO4的溶解度曲线可知，32.4℃时Na2SO410H2O和Na2SO4的溶解度均处于最大，但Na2SO410H2O的溶解度随温度的升高而增大，Na2SO4的溶解度随温度的升高而较小，防止Na2SO4结晶析出，应采用降温结晶法得到Na2SO410H2O，即恒温蒸发浓缩溶液、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

③在Na+作用下，Na3H(SO4)2滤渣在处理器中与水转化为Na2SO410H2O和H2SO4，过滤得到芒硝Na2SO410H2O，滤液中的H2SO4和NaClO3循环到发发生器中充分利用，故答案为：H2SO4。

(4)①ClO2溶液显酸性，所以准确量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃仪器是酸式滴定管，故答案为：酸式滴定管；

②Na2S2O3标准溶液部分因被氧气氧化而变质，则消耗的Na2S2O3标准溶液体积偏大，根据I2＋2S2O32-＝2I－＋S4O62-，2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O可知，测得的ClO2偏多，导致测定结果偏高，故答案为：偏高；

③由方程式2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O、I2+2S2O32-═2I-+S4O62-得关系式ClO2～5S2O32-，n(S2O32-)=cV2×10-3mol，所以V1mL ClO2的溶液中含有的ClO2的物质的量为2cV2×10-4mol，则10mL的原溶液含有ClO2的物质的量为：2cV2×10-4mol×=×10-2mol，所以原ClO2溶液的物质的量浓度为=mol/L，故答案为：；

(5)根据有效氯定义，1gC1O2的物质的量为mol，依据电子转移数目相等，ClO2～Cl-～5e-，Cl2～2Cl-～2e-，则转移电子为mol，可知氯气的物质的量为×mol，则氯气的质量为×mol×71g/mol=2.63g，故答案为：2.63g。