Question

7．ClO₂气体是一种高效、广谱、安全的杀菌消毒剂，可用NaClO₃和草酸（H₂C₂O₄）反应制得．无水草酸100℃可以升华．某学习小组用图1装置模拟工业制取收集ClO₂．
（1）实验时装置A需在60℃～100℃进行的原因是温度过低，化学反应速率较慢，温度过高草酸升华或分解，控制所需温度的方法是水浴加热．
（2）电动搅拌棒的作用是将反应物充分混合（或充分反应、或使反应物受热均匀）．装置A中反应产物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，该反应的化学方程式为2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（3）在装置C中ClO₂和NaOH反应生成等物质的量的两种盐，其中一种盐为NaClO₂，写出反应的离子方程式2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O．
（4）用ClO₂处理过的饮用水（pH为5.5～6.5）往往残留少量ClO₂和一定量对人体不利的亚氯酸根离子（ClO₂^-）．
①ClO₂被I^-还原为ClO₂^-、Cl^-的转化率与溶液pH的关系如图2所示
②当pH≤2.0时，ClO₂^-也能被I^-还原成Cl^-
③2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI
根据上述信息，请补充完整测定饮用水中ClO₂^-含量的实验方案：
取一定体积的饮用水，加入NaOH溶液调节pH为7.0～8.0；加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点（或蓝色褪去），记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积；加入稀硫酸调节溶液的pH≤2.0；继续用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积；再重复上述操作1～2次，计算得出结果．
（实验中需使用的试剂：淀粉溶液、标准Na₂S₂O₃溶液、KI溶液、稀硫酸）

Answer 1

分析 实验过程分析：装置A中盛放草酸和NaClO₃，反应生成ClO₂气体：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，装置A用电动搅拌棒，将反应物充分混合（或充分反应、或使反应物受热均匀），B为ClO₂的凝集装置，装置C为尾气吸收装置．
（1）无水草酸100℃可以升华所以反应温度低于100℃，温度过低，反应速率慢，所以实验时装置A需在60℃～100℃进行，60℃～100℃反应，需要用水浴加热；
（2）电动搅拌可让让反应物充分的接触，加快反应速率；装置A中反应物为NaClO₃、H₂C₂O₄，产物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，根据反应物和生成物书写化学方程式；
（3）NaOH吸收ClO₂，生成物质的量之比为1：1的两种阴离子，一种为ClO₂^-，根据氧化还原反应规律来书写；
（4）题目信息提示用的是连续碘量法进行测定，信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，说明步骤中有碘生成，结合pH≤2.0时，ClO₂^-与I^-反应的离子方程式可判断出调节溶液的pH≤2.0，据此设计测定饮用水中ClO₂^-含量的实验方案．

解答 解：（1）一般来说，升高温度，活化分子的百分数增大，反应速率增大，温度过低，化学反应速率较慢，无水草酸100℃可以升华，温度过高草酸升华或分解，所以实验时装置A需在60℃～100℃进行，反应温度低于水的沸点，用水浴可使反应容器受热均匀，所以反应要用水浴加热，
故答案为：温度过低，化学反应速率较慢，温度过高草酸升华或分解；水浴加热；
（2）实验时电动搅拌，能增加反应物的接触机会，将反应物充分混合（或充分反应、或使反应物受热均匀），使反应速率加快，装置A中反应物为NaClO₃、H₂C₂O₄，产物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，Cl（+5→+4），C（+3→+4），根据得失电子守恒和原子守恒，该反应方程式为：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案为：将反应物充分混合（或充分反应、或使反应物受热均匀）；2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（3）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ClO₂^-，氧化还原反应规律，另一种离子中Cl元素化合价升高，即为ClO₃^-，反应的离子方程式为：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O，
故答案为：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O；
（4）信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，说明步骤中有碘生成，是用连续碘量法进行测定，根据曲线图示在pH≤2.0时，ClO₂被I^-还原只生成Cl^-，pH≥7.0时，ClO₂被I^-还原只生成ClO₂^-；而用ClO₂处理过的饮用水，其pH为5.5～6.5，所以其中既含有ClO₂，又含有ClO₂^-，若将溶液的pH调节为7.0～8.0，则第一阶段滴定时只是ClO₂被I^-还原只生成ClO₂^-，溶液的ClO₂^-没有被I^-还原，所以第二阶段滴定前应调节溶液的pH≤2.0，使ClO₂^-与I^-反应，以测定样品水样中亚氯酸根离子的含量，所以需调节溶液的pH≤2.0，所以测定饮用水中ClO₂^-含量的实验方案为：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点（或蓝色褪去），记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积；加入稀硫酸调节溶液的pH≤2.0；继续用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积，
故答案为：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点（或蓝色褪去），记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积；加入稀硫酸调节溶液的pH≤2.0；继续用标准Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，记录消耗标准Na₂S₂O₃溶液的体积．

点评 本题考查实验方案的设计，为高频考点，把握制备的反应原理及测定含量发生的反应为解答的关键，侧重分析、实验能力的综合考查，题目难度中等．