Question

13．某研究小组用黄铁矿（FeS₂）、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO₂气体，再用水吸收该气体可得ClO₂溶液．在此过程中需要控制适宜的温度，若温度不当，副反应增加，影响生成ClO₂气体的纯度，且会影响ClO₂的吸收率，具体情况如图所示．
（1）据图可知，反应时需要控制的适宜温度是30℃，要达到此要求需要采取的措施是水浴加热．
（2）已知：黄铁矿中的硫元素在酸性条件下可被ClO₃^-氧化成SO₄^2-，请写出FeS₂、氯酸钠和硫酸溶液混合反应生成二氧化氯（ClO₂）的离子方程式：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-．
（3）该小组拟以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作为衡量ClO₂产率的指标．若取NaClO₃样品6.0g，通过反应和吸收获得400mL ClO₂溶液，取此溶液20mL与37.00mL 0.500mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液充分反应后，过量的Fe²⁺再用0.050 0mol•L^-1 K₂Cr₂O₇标准溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂O₇标准溶液20.00mL．反应原理为：
4H⁺+ClO₂+5Fe²⁺═Cl^-+5Fe³⁺+2H₂O
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
试计算ClO₂的“产率”（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）由图可知，30℃时纯度较高、吸收率最大；水浴加热可控制温度恒定；
（2）FeS₂、氯酸钠和硫酸溶液混合反应生成二氧化氯（ClO₂），Cl元素的化合价降低，Fe、S元素的化合价升高．
（3）以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作为衡量ClO₂产率的指标，结合Cr₂O₇^2-～～～～～～～～～6Fe²⁺、ClO₂～～～～～5Fe²⁺计算．

解答 解：（1）ClO₂气体的纯度，且会影响ClO₂的吸收率，依据图象分析温度再30°C时ClO₂的吸收率最大纯度90%以上，控制100°C以下的 温度需要用水浴加热；
故答案为：30；水浴加热；
（2）用黄铁矿（FeS₂）、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO₂气体，氯酸跟离子在酸溶液中具有强氧化性，氧化FeS₂为硫酸铁和硫酸，本身被还原为反应的离子方程式为ClO₂；结合原子守恒、电子守恒配平写出离子方程式为：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
故答案为：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
（3）由4H⁺+ClO₂+5Fe²⁺═Cl^-+5Fe³⁺+2H₂O
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，
   Cr₂O₇^2-～～～～～～～～～6Fe²⁺
   　1　　　                          6
 0.050 0mol•L^-1×0.020L      0.006mol
   ClO₂～～～～～5Fe²⁺
     1            5
    0.0025mol   0.037L×0.500mol•L^-1-0.006mol
400mL ClO₂溶液中含ClO₂ 0.0025mol×20=0.05mol；
以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作为衡量ClO₂产率的指标，所以产率=$\frac{0.05mol×67.5g/mol}{0.6g}$×100%=56.25%，
答：ClO₂的“产率”为56.25%．

点评 本题考查氧化还原反应的计算，为高频考点，把握反应中物质的量关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意守恒法及关系法应用，题目难度不大．