Question

19．二氧化氯（ClO₂）在常温下是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为-59℃，沸点为110℃，易溶于水．工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得．某学生拟用下图所示装置模拟工业制取并收集ClO₂．

（1）A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，请写出该反应的化学方程式：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（2）A必须添加温度控制装置，除酒精灯外，还需要的玻璃仪器有烧杯、温度计；B装置必须放在冰水浴中，其原因是使ClO₂充分冷凝，减少挥发．
（3）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂．请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶体的操作步骤：①蒸发浓缩结晶；②趁热过滤；③洗涤；④干燥．
（4）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液．为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10.00mL，稀释成100.00mL试样；量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中；
步骤2：用稀硫酸调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；
步骤3：加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
①配制100mL c mol/LNa₂S₂O₃标准溶液时，用到的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有：100mL容量瓶、胶头滴管．
②写出步骤2中发生反应的离子方程式2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
③原ClO₂溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用步骤中的字母代数式表示）．
④若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，则测定结果偏高．
若滴定开始仰视读数，滴定终点时正确读数，则测定结果偏低．（填“偏高”“偏低”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）根据反应物、产物和反应条件写出反应方程式；
（2）测量温度的仪器是温度计，二氧化氯的熔点较低，为收集二氧化氯，应在较低温度下进行；
（3）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法；
（4）①根据配制一定物质的量浓度的溶液使用的仪器解答；
②二氧化氯具有氧化性，在酸性环境下，能将碘离子氧化；
③根据关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）；
④根据实验操作中滴定液体积大小的影响来回答判断．

解答 解：（1）加热60℃，氯酸钾和草酸反应生成碳酸钾、二氧化碳、二氧化氯和水，反应方程式为：2KClO₃+H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案为：2KClO₃+H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（2）要控制温度必须使用温度计测量温度，二氧化氯的熔点较低，为收集二氧化氯，应在较低温度下进行，所以应该采用冰水浴，
故答案为：温度计；使ClO₂充分冷凝，减少挥发；
（3）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，为防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，应趁热过滤，
故答案为：蒸发浓缩结晶；趁热过滤；
（4）①配制100mL溶液用到的仪器有托盘天平、药匙、玻璃棒、胶头滴管、烧杯、100mL容量瓶、量筒（可用可不用），故还需要的玻璃仪器有：100mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：100mL容量瓶、胶头滴管；
②二氧化氯具有氧化性，在酸性环境下，能将碘离子氧化，反应的原理方程式为：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O，
故答案为：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O；
③设原ClO₂溶液的浓度为x，
    2ClO₂ ～5I₂ ～10Na₂S₂O₃
    2mol            10mol
 $\frac{0.01x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{0.1}$   1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案为：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
④若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，则相当于消耗的滴定液的体积偏大，所以测定结果偏大；
若滴定开始仰视读数，滴定终点时正确读数，相当于消耗的滴定液体积偏小，所以结果偏小，
故答案为：偏高；偏小．

点评 本题考查实验方案的设计，题目难度较大，明确物质的性质是解本题关键，试题侧重考查学生分析问题、解决问题的能力，注意掌握化学实验基本操作方法及中和滴定原理．