Question

15．ClO₂气体是一种常用的消毒剂，近几年我国用ClO₂代替氯气对饮用水进行消毒．
（1）消毒水时，ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，由此说明ClO₂具有氧化性．
（2）工业上可以通过下列方法制取ClO₂，请完成该化学反应方程式：2KClO₃+SO₂═2ClO₂+K₂SO₄．
（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，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，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）ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，Fe、Mn元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低；
（2）Cl元素的化合价由+5价降低为+4价，则S元素的化合价升高，结合电子守恒及原子守恒分析；
（3）①操作I中发生ClO₂、I^-的氧化还原反应；
②加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-可知，完全反应时不存在单质碘；
③酸性溶液中发生氧化还原反应生成碘单质，ClO₂^-表现氧化性被还原为氯离子；
④根据关系式ClO₂～I^-～S₂O₃^2-先计算出ClO₂的物质的量，然后再计算出浓度．

解答 解：（1）ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，Fe、Mn元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低，可说明ClO₂具有氧化性，
故答案为：氧化；
（2）Cl元素的化合价由+5价降低为+4价，则S元素的化合价升高，结合电子守恒及原子守恒可知还生成K₂SO₄，故答案为：K₂SO₄；
（3）①操作I中发生ClO₂、I^-的氧化还原反应，其离子反应为2ClO₂+2I^-═2ClO₂^-+I₂，加入淀粉溶液，溶液变蓝，故答案为：2ClO₂+2I^-═2ClO₂^-+I₂；
②加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，由2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-可知，完全反应时不存在单质碘，则操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色，
故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色；
③酸性溶液中发生氧化还原反应生成碘单质，离子反应为ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，其物质的量为1.0×10^-3 mol/L×0.01L，
     ClO₂ ～I^-～S₂O₃^2-
     1           1
1.0×10^-5mol  1.0×10^-3 mol/L×0.01L
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg，
由于水样的体积为1.0L，所以 ClO₂ 的浓度为$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，
故答案为：0.675．

点评 本题考查物质含量的测定实验，为高频考点，把握发生的氧化还原反应、关系式法的计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的综合考查，题目难度中等．