Question

14．ClO₂氣體是一種常用的消毒劑，我國(guó)從2 000年起逐步用ClO₂代替氯氣對(duì)飲用水進(jìn)行消毒．
（1）消毒水時(shí)，ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，在這個(gè)過程中，F(xiàn)e²⁺、Mn²⁺的化合價(jià)升高，說明ClO₂具有氧化性．
（2）工業(yè)上可以通過下列方法制取ClO₂，請(qǐng)完成該化學(xué)反應(yīng)方程式：2KClO₃+SO₂=2ClO₂+K₂SO₄．
（3）使Cl₂和H₂O（g）通過灼熱的炭層，生成HCl和CO₂，是放熱反應(yīng)，當(dāng)1mol Cl₂參與反應(yīng)時(shí)釋放145kJ的熱量，寫出這個(gè)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1．
（4）自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg•L^-1之間．碘量法可以檢測(cè)水中ClO₂的濃度，步驟如下：
Ⅰ．取一定體積的水樣，加入一定量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，并加入淀粉溶液，
溶液變藍(lán)．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
Ⅲ．加硫酸調(diào)節(jié)水樣pH至1～3．
操作時(shí)，不同pH環(huán)境中粒子種類如圖所示：
請(qǐng)回答：
①操作Ⅰ中反應(yīng)的離子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．   
 ②確定操作Ⅱ完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色．    
③在操作Ⅲ過程中，溶液又呈藍(lán)色，反應(yīng)的離子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時(shí)消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，F(xiàn)e、Mn元素的化合價(jià)升高，則Cl元素的化合價(jià)降低；
（2）質(zhì)量守恒，結(jié)合原子守恒和電子守恒寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程；
（3）反應(yīng)熱與反應(yīng)計(jì)量數(shù)呈正比，1mol Cl₂參與反應(yīng)時(shí)釋放145kJ的熱量，2mol Cl₂參與反應(yīng)時(shí)釋放290kJ的熱量，依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法寫出，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變；
（4）①用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，由圖知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應(yīng)2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-；
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂與淀粉結(jié)合再次出現(xiàn)藍(lán)色，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
④根據(jù)關(guān)系S₂O₃^2-～I(xiàn)^-～ClO₂先計(jì)算出ClO₂的物質(zhì)的量，然后再計(jì)算出濃度．

解答 解：（1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，F(xiàn)e、Mn元素的化合價(jià)升高，則Cl元素的化合價(jià)降低，可說明ClO₂具有氧化性，
故答案為：氧化；
（2）質(zhì)量守恒和原子守恒配平可得：2KClO₃+SO₂=2ClO₂+K₂SO₄，
故答案為：K₂SO₄；
（3）使Cl₂和H₂O（g）通過灼熱的炭層，生成HCl和CO₂是放熱反應(yīng)，當(dāng)1mol Cl₂參與反應(yīng)時(shí)釋放145kJ的熱量，2mol氯氣完全反應(yīng)放熱290 kJ，熱化學(xué)方程式為2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1，
故答案為：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1；
（4）①用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，由圖知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，離子方程式為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，故答案為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應(yīng)2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-，故藍(lán)色會(huì)消失，
故答案為：藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色；
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂，離子方程式為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～～～～I(xiàn)^-～～～ClO₂
     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
由于水樣為 1L，所以 ClO₂ 的濃度為 $\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案為：0.675．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)含量的測(cè)定、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書寫、有關(guān)方程式的計(jì)算，題目綜合性較強(qiáng)，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和計(jì)算能力，題目難度中等，注意把握物質(zhì)含量的測(cè)定方法．