题目内容
【题目】ClO2是一种国际上公认的安全无毒的绿色水处理剂。ClO2易爆炸,若用“惰性气体”等稀释时,爆炸性则大大降低。某化学小组用如图所示装置制备ClO2并处理废水。回答下列问题:
(1)仪器A的作用是__________,C装置的作用为__________。
(2)装置B中发生反应的离子方程式为______________________________。选用以上试剂制备ClO2的优点是______________________________。
(3)ClO2可与工业废水中CN-反应生成对大气无污染的气体,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。
(4)有同学认为装置B反应后的溶液中可能存在Cl-,请设计实验验证。简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论(已知AgClO3可溶于水)______________________________________。
(5)二氧化氯也可采用电解法生产:4ClO3-+2H2O4ClO2↑+O2↑+4OH-,写出电解过程中阴极反应方程式为__________________________________________。
【答案】加入草酸溶液,控制草酸的滴加量或控制反应速率 安全瓶,防倒吸 H2C2O4 + 2ClO3- + 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O 生成ClO2的同时还产生CO2,CO2可稀释ClO2,大大降低爆炸的可能性 1:1 取少量B装置反应后的溶液于试管中,加入足量硝酸钡溶液,振荡,充分反应后静置,取上层清液于试管中,加入硝酸酸化的硝酸银溶液,观察是否有白色沉淀产生,若有,则存在Cl-,若无,则不存在Cl-; ClO3-+e-= ClO2↑+2OH-
【解析】
根据装置图可得,A为分液漏斗,可添加液体和控制流速,C为安全瓶,防倒吸;B装置为制备ClO2装置,氯酸钾氧化草酸生成CO2、ClO2,根据氧化还原得失电子守恒可得方程式;ClO2氧化CN-生成CO2和N2,根据得失电子求氧化剂和还原剂物质的量之比;装置B中有硫酸根剩余,若要检验Cl-,则先除去硫酸根离子再检验;电解时阴极发生还原反应,根据总反应可得电极式;据此分析。
(1)根据装置图可知,A为分液漏斗,作用为加入草酸溶液,控制草酸的滴加量或控制反应速率;依据C装置进气管、出气管均较短可知,C为安全瓶,防倒吸;答案为:加入草酸溶液,控制草酸的滴加量或控制反应速率;安全瓶,防倒吸;
(2)B装置为制备ClO2装置,氯酸钾氧化草酸生成CO2、ClO2,根据氧化还原得失电子守恒可得方程式:H2C2O4 + 2ClO3-+ 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O;ClO2易爆炸,若用“惰性气体”等稀释时,爆炸性则大大降低,产生CO2为无关气体,所以优点是生成CO2可稀释ClO2,大大降低爆炸的可能性;答案为:H2C2O4 + 2ClO3-+ 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O;生成ClO2的同时还产生CO2,CO2可稀释ClO2,大大降低爆炸的可能性;
(3)ClO2可与工业废水中CN-反应生成对大气无污染的气体,产物是CO2和N2,该反应中氧化剂是ClO2,被还原为Cl-,每摩尔氧化剂化合价降低5价;还原剂是CN-,氧化产物是CO2和N2,每摩尔还原剂化合价升高5价,物质的量之比为1:1;答案为:1:1;
(4)装置B中有硫酸根剩余,若要检验Cl-,则先除去硫酸根离子再检验;答案为:取少量B装置反应后的溶液于试管中,加入足量硝酸钡溶液,振荡,充分反应后静置,取上层清液于试管中,加入硝酸酸化的硝酸银溶液,观察是否有白色沉淀产生,若有,则存在Cl-,若无,则不存在Cl-;
(5)电解时阴极发生还原反应,根据总反应4ClO3-+2H2O4ClO2↑+O2↑+4OH-得电极式为:ClO3-+e-= ClO2↑+2OH-;答案为:ClO3-+e-= ClO2↑+2OH-;