Question

14．用二氧化氯（ClO₂）新型净水剂替代传统的净水剂Cl₂，对淡水进行消毒是城市饮用水处理的新技术．
（1）已知ClO₂在水处理过程中被还原为Cl^-．若以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，则ClO₂、Cl₂两种消毒剂的消毒效率由小到大的顺序是Cl₂＜ClO₂．（填化学式）
（2）ClO₂的制备方法：
①工业上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂．写出该反应的离子方程式，并标出电子转移的方向和数目．
②纤维素还原法制ClO₂是一种新方法，其原理是：纤维素水解得到的最终产物Y与NaClO₃反应生成ClO₂．完成反应的化学方程式：
1 C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄=24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄，
假设该反应在标准状况下生成1.12L气体，则转移的电子数为0.04N_A．
③实验室通常以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程如下：
推测溶液X为NaCl和NaOH溶液．
（3）ClO₂是一种黄绿色有刺激性气味的气体，实验室通常用NaOH溶液来吸收ClO₂，以减少环境污染．
若实验时需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，则配制时，需要用托盘天平称取NaOH的质量为80.0g，所使用的仪器除托盘天平、胶头滴管、玻璃棒外，还必须有500mL容量瓶、烧杯．配制该溶液时，下列操作会使溶液浓度偏高的是CD．（填字母）
A．称量固体时动作缓慢
B．容量瓶未干燥立即用来配制溶液
C．NaOH固体溶解后立刻转移
D．在容量瓶中定容时俯视容量瓶刻度线
E．定容后摇匀，发现液面降低，又补加少量水，重新达到刻度线．

Answer 1

分析 （1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，消毒效率分别为$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{71}$×2×1；
（2）①Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，本身被还原为氯离子，1个氯气分子反应得到2个电子；
②纤维素为多糖，水解最终产物为葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有还原性，可将NaClO₃还原得到ClO₂．Cl从+5到+4价，降低1价，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均价为0，到+4价，升高4价，然后配平得到；由配平的化学方程式可知生成24molClO₂和6mol CO₂气体转移24mol的电子；
③由工艺流程转化关系可知，电解氯化铵与盐酸混合溶液，生成NCl₃与H₂，反应方程式为NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．NaClO₂和NCl₃溶液混合反应生成NH₃、CO₂和X，结合元素化合价变化和电子守恒、原子守恒配平书写化学方程式确定X；
（3）依据m=nM计算需要的氢氧化钠溶质的质量，配制溶液需要天平称量固体质量，精确到0.1g，若实验时需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，所使用的仪器除托盘天平、胶头滴管、玻璃棒外，还含有烧杯和500ml容量瓶，
A．称量固体时动作缓慢，可能导致氢氧化钠吸收水蒸气和空气中的二氧化碳，导致溶质减小；
B．容量瓶未干燥立即用来配制溶液对配制溶液的结果无影响；
C．NaOH固体溶解后溶液温度升高，立刻转移溶液温度升高，常温下溶液浓度增大；
D．在容量瓶中定容时俯视容量瓶刻度线，液面倍提高，定容未达到刻度；
E．定容后摇匀，发现液面降低，又补加少量水，重新达到刻度线，溶液浓度减小；

解答 解：（1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒杀菌剂的消毒效率分别为$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{71}$×2×1，所以由大到小的顺序为ClO₂＞Cl₂，
故答案为：Cl₂＜ClO₂；
（2）①Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，本身被还原为氯离子，1个氯气分子反应得到2个电子，因此离子方程式、电子转移的方向和数目表示为，
故答案为：；
②纤维素为多糖，水解最终产物为葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有还原性，可将NaClO₃还原得到ClO₂．Cl从+5到+4价，降低1价，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均价为0，到+4价，升高4价，则配平后的化学方程式为1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
30mol的气体～24mole-
30×22.4L   24mol
1.12L     0.16mol
所以转移电子数为0.04N_A，
故答案为：1；C₆H₁₂O₆；24；6；12；Na₂SO₄，0.04N_A；
③由工艺流程转化关系可知，电解氯化铵与盐酸混合溶液，生成NCl₃与H₂，反应方程式为NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．NaClO₂和NCl₃溶液混合反应生成NH₃、CO₂和X，N元素化合价+6价变化为-3价，氯元素化合价降低1，电子转移总数为6，化学方程式为：6ClO₂^-+NCl₃+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，所以X为NaCl和NaOH溶液，
故答案为：NaCl和NaOH溶液；
（3）实验时需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，配制溶液需要天平称量固体质量，精确到0.1g，依据m=nM计算需要的氢氧化钠溶质的质量=0.5L×4mol/L×40g/mol=80.0g，若实验时需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，所使用的仪器除托盘天平、胶头滴管、玻璃棒外，还含有烧杯和500ml容量瓶，
A．称量固体时动作缓慢，可能导致氢氧化钠吸收水蒸气和空气中的二氧化碳，导致溶质减小，测定结果偏低，故A错误；
B．最后配制溶液需要加入水定容，容量瓶未干燥立即用来配制溶液对配制溶液的结果无影响，故B错误；
C．NaOH固体溶解后溶液温度升高，立刻转移溶液温度升高，常温下液面未达到刻度，溶液浓度增大，故C正确；
D．在容量瓶中定容时俯视容量瓶刻度线，液面倍提高，定容未达到刻度，溶液浓度增大，故D正确；
E．定容后摇匀，发现液面降低，又补加少量水，重新达到刻度线，水加入超出刻度线，溶液浓度减小，故E错误；
故选CD．
故答案为：80.0，500mL容量瓶、烧杯，CD；

点评 本题考查了氧化还原反应电子转移，电子守恒计算分析，化学方程式书写，溶液配制方法和过程分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．