题目内容
【题目】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，而且与Cl2相比不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。已知: ClO2浓度过高或受热易分解，甚至会爆炸。现有下列制备ClO2的方法:
（1）方法一：氧化法
可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备，反应原理为5NaClO2+4HCl=5NaCl+4ClO2↑+2H2O。
①该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是_______________________。
②研究表明：若反应开始时盐酸浓度较大，则气体产物中有Cl2，用离子方程式解释产生Cl2的原因__________。
（2）方法二：氯化钠电解法
①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。某次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的____（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。
②该法工艺原理示意图如图所示。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2，氯化钠电解槽中发生反应的化学方程式为_____________。
（3）方法三：草酸还原法
在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）还原氯酸钠的方法来制备ClO2
①写出制备ClO2的离子方程式：____________________；
②与电解法相比，用草酸还原法制备ClO2的特点是____________________，提高了生产、储存及运输过程的安全性。
（4）已知: ClO2被I-还原为ClO2-、Cl-的转化率与溶液pH 的关系如图所示。当pH<2.0 时，ClO2-也能被I- 完全还原为Cl-。反应生成的I2与Na2S2O3 反应的方程式: 2Na2S2O3+ I2= Na2S4O6 + 2NaI。
用ClO2消毒的饮用水中含有ClO2、ClO2-。测定饮用水中ClO2、ClO2-的含量，分两步进行:
①用紫外分光光度法测得水样中ClO2的含量为a mol/L。
②用滴定法测量ClO2-的含量。请完成相应的实验步骤:
步骤1: 准确量取V mL 上述水样加入锥形瓶中。
步骤2: 调节水样的pH________。
步骤3: 加入足量的KI 晶体，充分反应。
步骤4: 加入少量淀粉溶液，用c mol/L Na2S2O3 溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3 溶液V1 mL。
根据上述分析数据，测得该饮用水中ClO2-的浓度为________mol/L( 用含字母的代数式表示)。
【答案】1∶4 4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O BaCl2 NaCl+3H2O 
NaClO3+ H2↑ 2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O 生成的CO2对ClO2起到稀释作用 ＜2.0 (cV1-5aV) /4V
【解析】
(1)①NaClO2发生歧化反应，既是氧化剂又是还原剂，HCl起酸的作用，作氧化剂的NaClO2转化为NaCl，作氧化剂的NaClO2转化为ClO2，5molNaClO2反应生成4mol ClO2、5mol NaCl，其中4molNaCl由HCl转化得到，故NaClO2转化得到1molNaCl，故反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶4，故答案为：1∶4；
②ClO2-具有强氧化性，酸性条件下与Cl-反应生成氯气，同时还生成水，反应离子方程式为：4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O，故答案为：4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O；
(2)①在除杂的过程中每步加入的试剂必须是过量的，使离子除尽，过量的离子在后续操作中必须除去，过量的BaCl2用于除去SO42-，过量的NaOH溶液来除去Mg2+，过量的Na2CO3除去Ca2+及过量的Ba2+，过滤后，滤液用盐酸除去过量的Na2CO3和NaOH，故沉淀离子时，碳酸钠加入应在氯化钡之后，而NaOH加入顺序没有要求，故：往粗盐水中先加入过量的BaCl2，至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去，故答案为：BaCl2；
②电解食盐水得到的氯酸钠(NaClO3)，由电子转移守恒可知电解中有氢气生成，NaClO3与盐酸反应生成ClO2，有的生成物进入氯化钠电解槽循环利用，说明有NaCl生成，有的生成物进入HCl合成塔中循环利用，说明还生成氢气，二氧化氯发生器中生成ClO2的化学方程式为：2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O，因此氯化钠电解槽中发生反应为电解氯化钠生成氯酸钠和氢气，化学方程式为：NaCl+3H2O NaClO3+3H2↑。故答案为：NaCl+3H2O NaClO3+3H2↑；
(3)①用硫酸酸化的草酸(H2C2O4)溶液还原氯酸钠，反应生成硫酸钠、二氧化碳、二氧化氯、水，该反应为H2C2O4+2NaClO3+H2SO4═Na2SO4+2CO2↑+2ClO2↑+2H2O，离子反应为H2C2O4+2ClO3-+2H+=2CO2↑+2ClO2↑+2H2O，故答案为：H2C2O4+2ClO3-+2H+=2CO2↑+2ClO2↑+2H2O；
②根据题意，ClO2浓度过高或受热易分解，甚至会爆炸，此法反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用，提高了生产及储存、运输的安全性，故答案为：生成的CO2对ClO2起到稀释作用；
(4)步骤4是Na2S2O3滴定溶液中I2，步骤2需要调节pH使ClO2-将I-氧化为I2，故应控制pH＜2.0；V mL溶液中，ClO2的物质的量为=V×10-3 L×a mol/L=aV×10-3 mol，由电子转移守恒可得：2 ClO2～5 I2，ClO2氧化生成I2的物质的量=2.5aV×10-3 mol，消耗Na2S2O3的物质的量=V1×10-3 L×cmol/L=cV1×10-3 mol，由2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，溶液中I2总物质的量=0.5 cV1×10-3 mol，ClO2-氧化生成的I2的物质的量=0.5 cV1×10-3 mol-2.5aV×10-3 mol=(0.5 cV1-2.5aV)×10-3 mol，由电子转移守恒可得：ClO2-～2I2，则ClO2-的物质的量= 
×(0.5 cV1-2.5aV)×10-3 mol，故c(ClO2-)= 
×(0.5 cV1-2.5aV)×10-3 mol÷V×10-3 L= 
mol/L，故答案为：＜2.0；。
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