Question

10．碘是生命体中的必需元素，请根据如下有关碘及其化合物的性质，回答下列问题：
（1）实验室中制取少量碘可采用如下方法：KI+CuSO₄→A （白色）↓+K₂SO₄+I₂．16.0g CuSO₄与过量KI反应后可得19.1g 的A，写出A的化学式：CuI．
工业生产中，可用智利硝石（含有NaIO₃）为原料，与NaHSO₃溶液反应后生成碘，写出此反应的离子方程式：2IO₃^-+5HSO₃^-=3H⁺+5SO₄^2-+I₂+H₂O．
（2）单质碘与氟气反应可制得IF₅，实验表明液态IF₅具有一定的导电性，研究人员发现产生这一现象的可能原因在于IF₅的自偶电离（如：2H₂OH₃O⁺+OH^-），生成的阳离子为IF₄⁺，则阴离子为IF₆^-．
（3）自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1～0.8mg•L^-1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KI，再用NaOH溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃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确定操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色．
③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．
④若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根据元素守恒知，A中含有Cu元素，该反应中I元素化合价由-1价变为0价，Cu元素得电子化合价降低，白色沉淀是Cu和I元素形成的化合物，n（CuSO₄）=$\frac{16.0g}{160g/mol}$=0.1mol，m（Cu）=64g/mol×0.1mol=6.4g，A中n（I）=$\frac{19.1g-6.4g}{127g/mol}$=0.1mol，n（Cu）：n（I）=0.1mol：0.1mol=1：1，据此判断A化学式；碘酸根离子和亚硫酸根离子发生氧化还原反应生成硫酸根离子、碘、氢离子和水；
（2）根据水的电离方程式确定IF₅电离方程式，从而确定其阴离子；
（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加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-；
③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；
④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 解：（1）根据元素守恒知，A中含有Cu元素，该反应中I元素化合价由-1价变为0价，Cu元素得电子化合价降低，白色沉淀是Cu和I元素形成的化合物，n（CuSO₄）=$\frac{16.0g}{160g/mol}$=0.1mol，m（Cu）=64g/mol×0.1mol=6.4g，A中n（I）=$\frac{19.1g-6.4g}{127g/mol}$=0.1mol，n（Cu）：n（I）=0.1mol：0.1mol=1：1，则A化学式为CuI；
碘酸根离子和亚硫酸根离子发生氧化还原反应生成硫酸根离子、碘、氢离子和水，离子方程式为2IO₃^-+5HSO₃^-=3H⁺+5SO₄^2-+I₂+H₂O，
故答案为：CuI；2IO₃^-+5HSO₃^-=3H⁺+5SO₄^2-+I₂+H₂O；
（2）根据水的电离方程式知，IF₅电离方程式为2IF₅?IF₄⁺+IF₆^-，所以生成的阳离子为IF₄⁺，阴离子为IF₆^-，
故答案为：IF₆^-；
（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^-，离子方程式为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，
故答案为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应为：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-，故蓝色会消失，故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色；
③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；
④S₂O₃^2-～～～～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 本题考查了物质含量测定计算及氧化还原反应，为高频考点，注意把握题目所给信息判断可能发生的反应、氧化还原反应应用以及关系式法计算为解答该题的关键，侧重考查学生分析判断及计算能力，题目难度中等．