题目内容
10．用二氧化氯（ClO2）、高铁酸钠（Na2FeO4摩尔质量为166g•mol-1）等新型净水剂代传统的净水剂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Cl-和Fe3+．（1）①高铁酸钠主要通过如下反应制取：2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH═2Na2FeO4+3
X+5H2O，则X的化学式NaCl．②Na2FeO4之所以能净水，除它本身具有强氧化性外，另一个原因可能是高铁酸钠的还原产物Fe3+能水解生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体具有吸附性，可以吸附水中的悬浮杂质，从而净水．
（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°C，沸点为11.0°C，易溶于水．ClO2可以看做是亚氯酸（HClO2）和氯酸（HClO3）的混合酸酐．工业上用稍潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60℃时反应制得．某学生用如图1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．请回答：
①A中反应产物有K2CO3、ClO2和CO2等，该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1．
②A部分还应添加温度控制装置，如水浴加热或酒精灯、温度计；B部分还应补充的装置为冰水浴冷凝装置或盛有冰水的水槽，理由是因为二氧化氯常温下为气体不能凝结为液体，降温使二氧化氯液化．
③该装置按②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”），请在图2中方框中画出该装置改正后的正确的装置图．
④ClO2很不稳定，需要随用随制，产物用水吸收得到ClO2溶液．为测定所得溶液中ClO2的含量，进行下列实验：准确量取ClO2溶液10mL，稀释成100mL试样；量取V1 mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；加入淀粉指示剂，用c mol/L Na2S2O3溶液滴定至终点，反应原理：2Na2S2O3+I2→Na2S4O6+2NaI，消耗Na2S2O3溶液V2mL．当蓝色变为无色时，可以判断此滴定操作到达终点；由以上数据可以计算原ClO2溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）．
（3）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、Cl2三种消毒剂的消毒效率最小的是Na2FeO4（填化学式）．
分析 （1）①根据原子守恒来分析判断；
②具有氧化性物质能够杀菌消毒，氢氧化铁胶体具有吸附性；
（2）①A中反应产物有K2CO3、ClO2、CO2，结合反应物与生成物书写反应方程式，标注元素化合价变化判断氧化剂和还原剂及其物质的量之比；
②B为ClO2的凝集装置，冷水冷却；
③C处为密封装置，过量气体不能排出；
④根据反应原理，滴定终点时，I2完全反应，溶液由蓝色变为无色，根据元素守恒结合反应得到关系式2ClO2～5I2～10Na2S2O3计算c（ClO2）；
（3）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．
解答 解：（1）①2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3X+5H2O反应中存在原子守恒，则X为NaCl，故答案为：NaCl；
②高铁酸钠具有氧化性物质能够杀菌消毒，生成的三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体具有吸附性，可以吸附水中的悬浮杂质，起到净水作用，
故答案为：高铁酸钠的还原产物Fe3+能水解生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体具有吸附性，可以吸附水中的悬浮杂质，从而净水；
（2）①A中反应产物有K2CO3、ClO2、CO2，由反应物与生成物可知反应为2KClO3+H2C2O4=K2CO3+ClO2↑+CO2↑+H2O，氯元素化合价+5价变化为+4价，化合价降低做氧化剂，草酸中碳元素化合价+3价变化为+4价，化合价升高做还原剂，化学方程式定量关系可知，氧化剂和还原剂物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
②熔点为-59°C，沸点为11.0°C，沸点低于常温，装置B部分还应补充装置为冰水浴冷凝装置或盛有冰水的水槽，降温使二氧化氯液化，
故答案为：冰水浴冷凝装置或盛有冰水的水槽，因为二氧化氯常温下为气体不能凝结为液体，降温使二氧化氯液化；
③C处为密封装置，过量气体不能排出，可导致仪器炸裂，则C不合理，正确的装置是在烧杯中直接吸收，装置图为
，故答案为：C；；
④滴定终点时，I2完全反应，溶液由蓝色变为无色，二氧化硫和碘单质的反应中，根据电子守恒，得到：2ClO2～5I2，结合反应2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，得到关系式：2ClO2～5I2～10Na2S2O3．
设原ClO2溶液的浓度为x，
2ClO2～5I2～10Na2S2O3
2mol 10mol
$\frac{1{0}^{-2}x{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$ 1×10-3cV2mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案为：蓝色变为无色，$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
（3）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：Na2FeO4．
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实验，实验方案的设计，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，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，题目难度较大．
计算高手系列答案
．K在周期表的位置是第四周期ⅠA；25Mn属于ⅦB或副族族元素．| A． | Na+、K+、SO42-、CO32- | B． | NH4+、Mg2+、SO42-、Cl- | ||
| C． | Na+、K+、HCO3-、Cl- | D． | Na+、K+、AlO2-、NO3- |
| A． | 2Mg+CO2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO+C | B． | 2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3 | ||
| C． | Fe+CuSO4═FeSO4+Cu | D． | 2NH4Cl+Ca（OH）2═CaCl2+2NH3↑+2H2O |
| A． | 除去 KCl中的K2CO3可先加入过量的BaCl2溶液，待沉淀完全后再过滤、洗涤，取滤液蒸发即得纯净的KCl | |
| B． | 氯化钠的溶解度随着温度下降而减少，用冷却结晶法从热的含有少量氯化钾浓溶液中可得到纯净的氯化钠 | |
| C． | 除去Cu粉中混有的少量Fe粉可加入过量的稀盐酸，待无气泡产生后过滤烘干即可 | |
| D． | 通过点燃可除去二氧化碳中混有的CO气体 |
| A． | 标准状况下，5.6L CO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NA | |
| B． | 2L 0.5 mol•L-1 亚硫酸溶液中含有的H+数为2NA | |
| C． | 分子总数为NA的SO2和CO2混合气体中含有的氧原子数为2NA | |
| D． | 1mol FeI2与足量氯气反应时转移的电子数为2NA |
| A． | 向硝酸银溶液中加盐酸：Ag++Cl-═AgCl↓ | |
| B． | 碳酸氢钙溶液跟盐酸反应：Ca（HCO3）2+2H+═Ca2++2H2O+2CO2↑ | |
| C． | 盐酸跟氢氧化镁反应：H++OH-═H2O | |
| D． | 碳酸镁跟硫酸反应：MgCO3+H+═Mg2++H2O+CO2↑ |