Question

15．用二氧化氯（ClO₂）、高铁酸钠（Na₂FeO₄，摩尔质量为166g/mol）等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新技术．ClO₂和Na₂FeO₄在水处理过程中分别被还原为Cl^-和Fe³⁺．

（1）Na₂FeO₄之所以能净水、杀菌、消毒，原因是具有强氧化性，还原产物Fe³⁺发生水解生成Fe（OH）₃胶体，能吸附悬浮物．
（2）已知二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的有毒气体，其熔点为-59℃，沸点为11.0℃，易溶于水．工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得．用图所示的装置模拟工业制取及收集ClO₂．
①A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂等，请写出反应方程式2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O．
②A部分还应添加温度控制装置，如水浴加热或酒精灯、温度计，B部分还应补充的装置为冰水浴（或冷水浴），因为ClO₂的沸点低，有利于凝聚收集（说明原因）．
③该装置按②补充完整后，装置A、B、C中还有一处设计明显不合理的是C（填“A”“B”或“C”），请画出正确的装置图．
④ClO₂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10ml，稀释成100ml试样；量取V₁ml试样加入锥形瓶中；
步骤2：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cmol/LNa₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ml．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
步骤2的目的2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O（用离子方程式表示）．当溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色时，可以判断此滴定操作达到终点；由以上数据可以计算原ClO₂溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）Na₂FeO₄具有强氧化性，被还以为铁离子，Fe³⁺和 Al³⁺一样会发生水解，生成絮状的Fe（OH）₃ 胶体，胶体会吸附杂志而生成沉淀，从而达到净水的目的；
（2）①根据反应物和产物结合原子守恒来书写方程式；
②二氧化氯的沸点低，B装置应降低温度；
③C装置导气管插入溶液易引起倒吸；
④二氧化氯具有氧化性，在酸性环境下，能将碘离子氧化；加入的指示剂为淀粉，淀粉遇单质碘变蓝，则单质碘反应完，则溶液颜色由蓝色变为无色，达到滴定终点；根据关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）．

解答 解：（1）Na₂FeO₄中铁元素化合价+6价具有强氧化性，能杀菌、消毒，高铁酸钠的还原产物是Fe³⁺，Fe³⁺可发生水解，生成Fe（OH）₃胶体，它可吸附水中悬浮的杂质或泥沙胶粒等一起凝聚而沉降，达到净水的效果，
故答案为：具有强氧化性，还原产物Fe³⁺发生水解生成Fe（OH）₃胶体，能吸附悬浮物；
（2）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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
故答案为：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O；
②二氧化氯的沸点低，B装置应降低温度，补充冷凝装置，B部分还应补充的装置为冰水浴（或冷水浴）；因为ClO₂的沸点低，有利于凝聚收集，
故答案为：冰水浴（或冷水浴）；因为ClO₂的沸点低，有利于凝聚收集；
③该装置按②补充完整后，装置A、B、C中还有一处设计明显不合理的是C，应防止倒吸，可以连接干燥管吸收，装置图为：，
故答案为：C；；
④二氧化氯具有氧化性，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，
加入的指示剂为淀粉，淀粉遇单质碘变蓝，则单质碘反应完，则溶液颜色由蓝色变为无色，达到滴定终点；
设原ClO₂溶液的浓度为x，准确量取ClO₂溶液10.00mL，稀释成100.00mL试样，则浓度变为：$\frac{x}{10}$，
2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
2mol                      10mol
$\frac{x}{10}$×V₁×10^-3mol    1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2mol×1{0}^{-3}c{V}_{2}mol}{10mol×\frac{{V}_{1}}{10}×1{0}^{-3}mol}$=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=67.5g/mol×$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g•L^-1，
故答案为：8H⁺+2ClO₂+10I^-=5I₂+2Cl^-+4H₂O；溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色；$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

点评 本题考查实验方案的设计，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，明确物质的性质是解本题关键，难度中等．计算时要注意二氧化氯浓度的变化．