Question

6．二氧化氯是一种黄绿色到橙黄色的气体，被国际上公认为安全、低毒的绿色消毒剂，近几年我国用ClO₂代替氯气对饮用水进行消毒．
（1）在进行饮用水消毒时，ClO₂可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，据此说明ClO₂具有氧化性．
（2）科学家研究出的一种新的制备ClO₂的方法，在酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）还原氯酸钠（NaClO₃），请完成该离子反应方程式并配平：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O．
（3）液氯也常用作自来水消毒，则相同物质的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂后者的2.5倍．（消毒效率指单位物质的量得电子数）
（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^-1之间．碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：
操作Ⅰ：取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝．
操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
操作Ⅲ：加硫酸调节水样pH至1～3．
操作时，不同pH环境中粒子种类如图所示：
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完全反应的现象是蓝色恰好消失．
③在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺═Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）结合氧化还原反应中化合价升降相等，判断ClO₂中Cl元素化合价变化，元素化合价升高表现还原性，元素化合价降低表现氧化性；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）还原氯酸钠（NaClO₃），发生氧化还原反应，遵循电子、电荷守恒；
（3）设物质的量均为1mol，则ClO₂、Cl₂的转化为Cl^-得到电子分别为5mol、2mol；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂与KI发生氧化还原反应；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，发生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，蓝色消失；
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂与淀粉结合再次出现蓝色，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
④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）反应中Fe元素、Mn元素化合价升高，根据化合价升降相等，ClO₂中Cl元素化合价降低，表现氧化性，
故答案为：氧化；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）还原氯酸钠（NaClO₃），离子反应为H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，遵循电荷、电子守恒，
故答案为：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；
（3）设物质的量均为1mol，则ClO₂、Cl₂的转化为Cl^-得到电子分别为5mol、2mol，则相同物质的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂的$\frac{5mol}{2mol}$=2.5倍，
故答案为：2.5；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂与KI发生氧化还原反应，离子反应为2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂，
故答案为：2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，发生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，蓝色消失，则确定操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色恰好消失，
故答案为：蓝色恰好消失；
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂，离子方程式为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～I^-～ClO₂
                1           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 本题考查物质含量的测定，为高频考点，把握发生的氧化还原反应、反应的计算为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意氧化还原反应的应用，题目难度中等．