Question

2．Cl0₂气体是一种常用的消毒剂，我国从2000年起逐步用Cl0₂代替氯气对饮用水进行消毒．但二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热．
（1）欧洲国家主要采用氯酸钠氧化浓盐酸制备Cl0₂，缺点主要是产率低，产品难以分离，还产生毒副产品．该反应的化学反应方程式为：2NaClO₃+4HCl（浓）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O．科学家又研究出了一种新的制备Cl0₂的方法，利用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄）溶液还原氯酸钠，化学反应方程式为H₂C₂O₄+2NaClO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用
（2）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，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．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂ O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
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．
③若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^一3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg/L．

Answer 1

分析 （1）氯酸钠氧化浓盐酸生成氯化钠、氯气、二氧化氯、水；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，以此来解答；
（3）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；
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 （1）氯酸钠氧化浓盐酸生成氯化钠、氯气、二氧化氯、水，该反应为2NaClO₃+4HCl（浓）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，
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，此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用；
故答案为：2NaClO₃+4HCl（浓）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；H₂C₂O₄+2NaClO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用．
（2）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；
③S₂O₃^2-～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 本题考查二氧化氯的制备、性质及应用，注意把握所给信息来分析解答，侧重学生解决新问题能力的考查，将知识活学活用为解答的关键，题目难度中等．