Question

16．二氧化氯（ClO₂）是一種在水處理等方面有廣泛應(yīng)用的高效安全消毒劑．與Cl₂相比，ClO₂不但具有更顯著的殺菌能力，而且不會產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物．
（1）在ClO₂ 的制備方法中，有下列兩種常用制備方法：
方法一：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O
方法二：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄═2ClO₂↑+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O
①方法一中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，其中方法二制備的ClO₂ 更適合用于飲用水的消毒，其主要原因是方法二制備的ClO₂中不含Cl₂．
（2）我國最近成功研制出制取ClO₂ 的新方法，其反應(yīng)的微觀過程如圖甲所示：

該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂．
（3）消毒時，ClO₂對污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，生成兩種無毒氣體，其離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-．
（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之間．碘量法可以檢測水中ClO₂ 的濃度，步驟如下：
Ⅰ．取一定體積的水樣用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，然后加入一定量的碘化鉀，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．重復(fù)上述操作2～3次．
操作時，不同pH環(huán)境中粒子種類如圖乙所示：
請回答：
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恰好完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色；
③若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675 mg/L．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O中，氧化劑是NaClO₃，而還原劑是鹽酸，其中鹽酸只有一半?yún)⒓友趸�還原反應(yīng)，兩種方法相比較，方法一中生成的氣體中含有氯氣；
（2）由反應(yīng)的微觀過程圖，可知，反應(yīng)物和生成物，故可書寫化學(xué)方程式；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時生成氯離子；
（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根據(jù)關(guān)系S₂O₃^2-～I(xiàn)^-～ClO₂先計算出ClO₂的物質(zhì)的量，然后再計算出濃度．

解答 解：（1）反應(yīng)2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O中，氧化劑是NaClO₃，而還原劑是鹽酸，其中鹽酸只有一半?yún)⒓友趸�還原反應(yīng)，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，因方法一制得的ClO₂中含有Cl₂，Cl₂可能生成有機(jī)氯代物，則用方法二制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒；
故答案為：1：1；方法二制備的ClO₂中不含Cl₂；
（2）由反應(yīng)的微觀過程圖，可知此反應(yīng)的反應(yīng)物為Cl₂、NaClO₂；生成物為ClO₂、NaCl，故可書寫化學(xué)方程式Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂，故答案為：Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；
（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)色會消失，
故答案為：藍(lán)色消失，半分鐘內(nèi)不變色；
③S₂O₃^2-～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 本題主要考查了氧化還原反應(yīng)、離子方程式式的書寫以及化學(xué)計算，題目難度中等，注意（4）③利用關(guān)系式進(jìn)行求解．