Question

某研究小组用黄铁矿(FeS₂)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO₂气体，再用水吸收该气体可得ClO₂溶液。在此过程中需要控制适宜的温度，若温度不当，副反应增加，影响生成ClO₂气体的纯度，且会影响ClO₂的吸收率，具体情况如图所示。
（1） 据图可知，反应时需要控制的适宜温度是________℃，要达到此要求需要采取的措施是______________。
（2） 已知：黄铁矿中的硫元素在酸性条件下可被ClO₃^-氧化成SO₄^2-，请写出FeS₂、氯酸钠和硫酸溶液混合反应生成二氧化氯(ClO₂)的离子方程式：______________________。
（3） 该小组拟以“m(ClO₂)/m(NaClO₃)”作为衡量ClO₂产率的指标。若取NaClO₃样品6.0 g，通过反应和吸收获得400 mL ClO₂溶液，取此溶液20 mL与37.00 mL 0.500 mol·L^－1 (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液充分反应后，过量的Fe^2＋再用0.050 0 mol·L^－1 K₂Cr₂O₇标准溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂O₇标准溶液20.00 mL。反应原理为：
4H^＋＋ClO₂＋5Fe^2＋=Cl^－＋5Fe^3＋＋2H₂O
14H^＋＋Cr₂O₇^2-＋6Fe^2＋=2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O
试计算ClO₂的“产率”(写出计算过程)。

Answer 1

（1）30℃(2分)　水浴加热(或水浴控制恒温等合理答案均可)(2分)
（2）15ClO₃^-＋FeS₂＋14H^＋=15ClO₂＋Fe^3＋＋7H₂O＋2SO₄^2-(2分)
（3）由Cr₂O₇^2-　　～　　　　　　6Fe^2＋
　　　1　　　　　　　　　　　6
0．05 mol·L^－1×20 mL×10^－3　　n(Fe^2＋)
得n(Fe^2＋)＝6×10^－3 mol
由ClO₂　　～　　5Fe^2＋
1　　　　　　　5
n(ClO₂)　0.5 mol·L^－1×37 mL×10^－3－6×10^－3 mol
得n(ClO₂) ＝2.5×10^－3 mol
所以，ClO₂的产率＝[(2.5×10^－3 mol×20×67.5 g·mol^－1)/6.0 g]×100%＝56.25%(7分)

解析试题分析：：（1）ClO₂气体的纯度，且会影响ClO₂的吸收率，依据图象分析温度再30°C时ClO₂的吸收率最大纯度90%以上，控制100°C以下的温度需要用水浴加热；故答案为：30℃；水浴加热；（2）用黄铁矿（FeS₂）、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO₂气体，氯酸跟离子在酸溶液中具有强氧化性，氧化FeS₂为硫酸铁和硫酸，本身被还原为反应的离子方程式为ClO₂；结合原子守恒、电子守恒配平写出离子方程式为：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
答案为：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
（3）由Cr₂O₇^2-　　～　　　　　　6Fe^2＋
　　 　1　　　　　　　　　　  　6
0．05 mol·L^－1×20 mL×10^－3　　  n(Fe^2＋)
得n(Fe^2＋)＝6×10^－3 mol
由ClO₂　　～　　5Fe^2＋
1　　　　　　　5
n(ClO₂)　0.5 mol·L^－1×37 mL×10^－3－6×10^－3 mol
得n(ClO₂) ＝2.5×10^－3 mol
所以，ClO₂的产率＝[(2.5×10^－3 mol×20×67.5 g·mol^－1)/6.0 g]×100%＝56.25%。
考点：本题考查了化学方程式计算应用，反应条件选择，离子方程式书写，题目难度中等。