Question

17．二氧化氯（ClO₂）被联合国世界卫生组织（WHO）列为AⅠ级高效安全灭菌消毒剂．常温下二氧化氯为黄绿色气体，其熔点为-59.5℃，沸点为11.0℃，能溶于水，不与水反应．温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸．某研究性学习小组拟用图所示装置制取并收集ClO₂．（加热和夹持装置均省略）
（1）在圆底烧瓶中先放入一定量的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄），然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之间生成C1O₂、CO₂和一种硫酸盐，该反应的化学方程式为H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O．
（2）A装置中使用温度计的目的控制温度，避免温度过高引起爆炸．反应开始后，可以观察到圆底烧瓶内的现象是溶液中有气泡逸出，圆底烧瓶内产生黄绿色气体．
（3）B装置的作用是将C1O₂冷凝并收集．
（4）D装置中的NaOH溶液吸收尾气中的ClO₂，生成物质的量之比为的1：1的两种盐，一种为NaClO₂，另一种为．
（5）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液．为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：量取ClO₂溶液10.0mL，稀释成100.0mL试样；量取V₁mL试样加入到锥形瓶中；
步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，振荡后，静置片刻；
步骤3：加入指示剂X，用cmol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．
（已知：
2ClO₂+8H⁺+10I^-=5I₂+2Cl^-+4H₂O
2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI）
指示剂X为淀粉溶液．原ClO₂溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g•L^-1（用含字母的代数式表示）．
（6）有同学认为KC1O₃在酸性条件下与草酸反应会生成KCl．请设计实验证明A装置反应后的溶液中是否存在C1^-，简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论．（已知：AgClO₃可溶于水）取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生．若有，则存在Cl^-；若无，则不存在Cl^-．

Answer 1

分析 A装置由草酸、氯酸钾和硫酸制二氧化氯（ClO₂）：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O，B装置冷凝并收集产品ClO₂，C装置防倒吸，D装置吸收多余的ClO₂，防止污染空气，
（1）由草酸、氯酸钾和硫酸在60℃～80℃之间生成C1O₂、CO₂和硫酸钾，据此书写；
（2）根据常温下二氧化氯为黄绿色气体，温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸分析；
（3）B装置收集产品二氧化氯；
（4）NaOH吸收ClO₂尾气，生成物质的量之比为1：1的两种阴离子，一种为NaClO₂，根据氧化还原反应规律来书写；
（5）有碘单质生成，用淀粉做指示剂；根据元素守恒结合反应得到关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）；
（6）检验氯离子选用酸化的硝酸银溶液，因为有硫酸根离子的干扰，故应选择钡盐排除硫酸根离子的干扰，据此分析．

解答 解：（1）由草酸、氯酸钾和硫酸在60℃～80℃之间生成C1O₂、CO₂和一种硫酸钾，反应为：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O；
故答案为：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O；
（2）由题可知：常温下二氧化氯为黄绿色气体，温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸，则圆底烧瓶中可以观察到有气泡逸出，并产生黄绿色气体，温度计的作用是控制温度，避免温度过高引起爆炸；
故答案为：控制温度，避免温度过高引起爆炸；溶液中有气泡逸出，圆底烧瓶内产生黄绿色气体；
（3）二氧化氯熔沸点较低，在冰水中冷凝并收集；
故答案为：将C1O₂冷凝并收集；
（4）NaOH吸收ClO₂尾气，生成物质的量之比为1：1的两种阴离子，一种为NaClO₂，氧化还原反应规律，另一种离子中Cl元素化合价升高，即为NaClO₃；
故答案为：NaClO₃；
（5）有碘单质生成，用淀粉做指示剂；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：淀粉溶液；$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
（6）检验氯离子选用酸化的硝酸银溶液，因为有硫酸根离子的干扰，故应选择钡盐（硝酸钡）排除硫酸根离子的干扰，再进行检验，方法为：取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生．若有，则存在Cl^-；若无，则不存在Cl^-；
故答案为：取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生．若有，则存在Cl^-；若无，则不存在Cl^-．

点评 本题考查制备实验的设计，需要把握住流程的过程，找到解决问题的突破口，运用基本知识、结合最终要得到的产品来解决，要将教材所学到的基本知识应用到实际解决问题中去，要求基础知识掌握牢固，同时又能将基础知识应用实际应用中．