Question

16．二氧化氯（ClO₂）是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂．与Cl₂相比，ClO₂不但具有更显著的杀菌能力，而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物．
（1）在ClO₂ 的制备方法中，有下列两种常用制备方法：
方法一：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O
方法二：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄═2ClO₂↑+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O
①方法一中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，其中方法二制备的ClO₂ 更适合用于饮用水的消毒，其主要原因是方法二制备的ClO₂中不含Cl₂．
（2）我国最近成功研制出制取ClO₂ 的新方法，其反应的微观过程如图甲所示：

该反应的化学方程式为Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂．
（3）消毒时，ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明显的去除效果．某工厂污水中含CN^-，现用ClO₂将CN^-氧化，生成两种无毒气体，其离子反应方程式为2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-．
（4）自来水厂用ClO₂ 处理后的水中，要求ClO₂ 的浓度在0.1～0.8mg/L之间．碘量法可以检测水中ClO₂ 的浓度，步骤如下：
Ⅰ．取一定体积的水样用氢氧化钠溶液调至中性，然后加入一定量的碘化钾，并加入淀粉溶液，溶液变蓝．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃ 溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I ^- ）
Ⅲ．重复上述操作2～3次．
操作时，不同pH环境中粒子种类如图乙所示：
请回答：
①操作Ⅰ中反应的离子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂；
②确定操作Ⅱ恰好完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色；
③若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675 mg/L．

Answer 1

分析 （1）反应2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O中，氧化剂是NaClO₃，而还原剂是盐酸，其中盐酸只有一半参加氧化还原反应，两种方法相比较，方法一中生成的气体中含有氯气；
（2）由反应的微观过程图，可知，反应物和生成物，故可书写化学方程式；
（3）ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子；
（4）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-；
③根据关系S₂O₃^2-～I^-～ClO₂先计算出ClO₂的物质的量，然后再计算出浓度．

解答 解：（1）反应2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O中，氧化剂是NaClO₃，而还原剂是盐酸，其中盐酸只有一半参加氧化还原反应，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，因方法一制得的ClO₂中含有Cl₂，Cl₂可能生成有机氯代物，则用方法二制备的ClO₂更适合用于饮用水的消毒；
故答案为：1：1；方法二制备的ClO₂中不含Cl₂；
（2）由反应的微观过程图，可知此反应的反应物为Cl₂、NaClO₂；生成物为ClO₂、NaCl，故可书写化学方程式Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂，故答案为：Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂；
（3）ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，反应离子方程式为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，故答案为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；
（4）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，离子方程式为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，
故答案为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-，故蓝色会消失，
故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色；
③S₂O₃^2-～I^-～ClO₂
   1                     1
1.0×10^-3 mol/L×0.01L 1.0×10^-5mol
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水样为 1L，所以 ClO₂ 的浓度为$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案为：0.675．

点评 本题主要考查了氧化还原反应、离子方程式式的书写以及化学计算，题目难度中等，注意（4）③利用关系式进行求解．