Question

6．用二氧化氯（ClO₂）、铁酸钠（Na₂FeO₄摩尔质量为166g•mol^-1）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）如果以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，那么ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄．（填化学式）        
（2）二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体，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．某学生用如上图所示的装置模拟工业制取及收集ClO₂，其中A为ClO₂的发生装置，B为ClO₂的凝集装置，C为尾气吸收装置．请问：
①A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，请写出该反应的化学方程式：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．A部分还应添加温度控制（如水浴加热）装置，B部分还应补充什么装置：盛有冰水混合物的水槽；
②该装置按①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”），理由是器C没有使瓶内外压强相等，气体不能顺利通过．
③C中的试剂为NaOH溶液，反应时生成氯酸钠和亚氯酸钠（NaClO₂），发该反应的离子方程式为2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O．若实验时需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，则在精确配制时，需要称取NaOH的质量是80.0g，所使用的仪器除托盘天平、量筒、胶头滴管、玻璃棒外，还必须有500ml容量瓶；烧杯．

Answer 1

分析 （1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，消毒效率分别为$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1；
（2）①根据反应物和产物结合原子守恒来书写方程式；二氧化氯的沸点低，B装置应降低温度；
②C装置不能用橡皮塞堵住瓶口；
③C为尾气吸收装置，可选择碱来吸收尾气，发生氧化还原反应生成氯酸钠和亚氯酸钠，根据电子得失守恒以及原子守恒配平；配制450mL 4mol/L的NaOH溶液，应选择500mL容量瓶，结合m=cVM计算；根据实验操作的步骤以及每步操作需要仪器确定反应所需仪器．

解答 解：（1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒杀菌剂的消毒效率分别为$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1，所以由大到小的顺序为ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄；
故答案为：ClO₂；Cl₂；Na₂FeO₄；
（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$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；二氧化氯的沸点低，B装置应降低温度，补充冷凝装置；
故答案为：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；盛有冰水混合物的水槽；
②C装置不能用橡皮塞堵住瓶口，否则没有使瓶内外压强相等，气体不能顺利通过，
故答案为：C；仪器C没有使瓶内外压强相等，气体不能顺利通过；
③C为尾气吸收装置，可选择NaOH溶液来吸收尾气，发生氧化还原反应为：2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O，离子反应为：2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O；
配制450mL 4mol/L的NaOH溶液，还需要500mL容量瓶、烧杯，需要NaOH的质量为0.5L×4mol/L×40g/mol=80.0g；
操作步骤有计算、称量、稀释、移液、洗涤移液、定容、摇匀等操作，用托盘天平称取氢氧化钠，在烧杯中稀释，用玻璃棒搅拌，冷却至室温后转移到500mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，洗涤2-3次，将洗涤液转移到容量瓶中，加水至液面距离刻度线1～2cm时，改用胶头滴管滴加至溶液凹液面与刻度线水平相切，盖好瓶塞颠倒摇匀．所以需要的仪器为：玻璃棒、烧杯、胶头滴管、托盘天平、500mL容量瓶，
故答案为：2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O；80.0；500ml容量瓶；烧杯．

点评 本题以氯及其化合物的性质考查氧化还原反应及物质的制备，把握习题中的信息及知识迁移应用为解答的关键，侧重学生综合应用能力及信息抽取和分析能力的考查，题目难度中等．