Question

20．ClO₂在常溫下是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為-59℃，沸點為11℃，易溶于水，是常見的消毒劑．工業(yè)上常用二氧化硫還原氯酸鈉（NaClO₃）的方法制備ClO₂，某學(xué)生擬用下圖所示裝置模擬工業(yè)制取并收集少量ClO₂．

（1）下列制備氣體所用裝置與A裝置相同的是ac；
a．用過氧化氫與二氧化錳制氧氣      b．用銅與濃硫酸制二氧化硫
c．用硫化亞鐵與稀硫酸制硫化氫      d．只用濃氨水制氨氣
（2）實驗前，要檢驗裝置的氣密性，通常先關(guān)閉分液漏斗活塞，將導(dǎo)氣管插入盛有水的燒杯中，微熱錐形瓶，若導(dǎo)管未端產(chǎn)生氣泡，并在停止微熱后，倒吸形成一段水柱且達到最高點后高度不變，說明裝置不漏氣．
（3）二氧化硫與氯酸鈉的反應(yīng)需在75～90℃進行，為此，B裝置必須添加溫度控制裝置，除酒精燈外，還需要的玻璃儀器有燒杯、溫度計；寫出B中產(chǎn)生二氧化氯的離子方程式2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；
（4）C裝置放在冰水浴中，其原因是使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)；
（5）用氫氧化鈉溶液吸收ClO₂，反應(yīng)后可得到NaClO₂與NaClO₃混合液．
已知：NaClO₂飽和溶液在較低溫度時析出晶體NaClO₂•3H₂O，在較高溫度時析出晶體 NaClO₂；NaClO₃在高溫時溶解度很大．
則從該混合溶液中獲得晶體NaClO₂的操作步驟為：①蒸發(fā)濃縮結(jié)晶；②趁熱過濾；③洗滌干燥．
（6）碘量法可以檢測水中ClO₂的濃度，步驟如下：
①取1L水樣，加入足量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍；（ClO₂全部轉(zhuǎn)化為NaClO₂）
②用1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗Na₂S₂O₃溶液10.00mL；（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
確定操作②達到滴定終點的現(xiàn)象是藍色消失，半分鐘內(nèi)不變色；
經(jīng)計算，水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1，若滴定前滴定管尖嘴中有氣泡，滴定后氣泡消失，則測定結(jié)果偏高；（填“偏高”、“偏低”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)裝置圖可知，裝置A適用于液、液不加熱或液、固不加熱的反應(yīng)裝置，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)裝置圖可知，檢驗裝置的氣密性的方法為，關(guān)閉分液漏斗的活塞，將導(dǎo)氣管插入盛有水的燒杯中，微熱錐形瓶，若導(dǎo)管未端產(chǎn)生氣泡，并在停止微熱后，倒吸形成一段水柱且達到最高點后高度不變，說明裝置不漏氣；
（3）二氧化硫與氯酸鈉的反應(yīng)需在75～90℃進行，所以要用溫度計測量反應(yīng)液的溫度，B中用二氧化硫還原氯酸鈉（NaClO₃）產(chǎn)生二氧化氯，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫反應(yīng)的離子方程式；
（4）裝置C是用來收集ClO₂，ClO₂熔點為-59℃，沸點為11℃，易揮發(fā)，據(jù)此答題；
（5）因為NaClO₂飽和溶液在較低溫度時析出晶體NaClO₂•3H₂O，在較高溫度時析出晶體 NaClO₂，而NaClO₃在高溫時溶解度很大，所以從該混合溶液中獲得晶體NaClO₂在蒸發(fā)濃縮結(jié)晶后要趁熱過濾，這樣才能得到晶體NaClO₂；
（6）根據(jù)實驗原理，用淀粉做指示劑時，用Na₂S₂O₃溶液滴定反應(yīng)中生成的I₂，實驗終點時溶液的藍色褪色，根據(jù)電子得失守恒可知2ClO₂～5I₂，結(jié)合反應(yīng)2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，由Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量可計算出樣品中ClO₂的質(zhì)量，進而確定水樣中ClO₂的濃度，若滴定前滴定管尖嘴中有氣泡，滴定后氣泡消失，則讀出的Na₂S₂O₃溶液的體積偏大，據(jù)此分析．

解答 解：（1）根據(jù)裝置圖可知，裝置A適用于液、液不加熱或液、固不加熱的反應(yīng)裝置，
a．用過氧化氫與二氧化錳制氧氣，是固、液不加熱的反應(yīng)，故選；
b．用銅與濃硫酸制二氧化硫，反應(yīng)需要加熱，故不選；
c．用硫化亞鐵與稀硫酸制硫化氫，是固、液不加熱的反應(yīng)，故選；
 d．只用濃氨水制氨氣，需要加熱，故不選，
故選ac；
（2）根據(jù)裝置圖可知，檢驗裝置的氣密性的方法為，關(guān)閉分液漏斗的活塞，將導(dǎo)氣管插入盛有水的燒杯中，微熱錐形瓶，若導(dǎo)管未端產(chǎn)生氣泡，并在停止微熱后，倒吸形成一段水柱且達到最高點后高度不變，說明裝置不漏氣，
故答案為：關(guān)閉分液漏斗活塞；倒吸形成一段水柱且達到最高點后高度不變；
（3）二氧化硫與氯酸鈉的反應(yīng)需在75～90℃進行，所以要用溫度計測量反應(yīng)液的溫度，B中用二氧化硫還原氯酸鈉（NaClO₃）產(chǎn)生二氧化氯，反應(yīng)的離子方程式為2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-，
故答案為：溫度計；2ClO₃^-+SO₂=2ClO₂+SO₄^2-；
（4）裝置C是用來收集ClO₂，ClO₂熔點為-59℃，沸點為11℃，易揮發(fā)，所以為了使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)，要用冰水浴，
故答案為：使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)；
（5）因為NaClO₂飽和溶液在較低溫度時析出晶體NaClO₂•3H₂O，在較高溫度時析出晶體 NaClO₂，而NaClO₃在高溫時溶解度很大，所以從該混合溶液中獲得晶體NaClO₂在蒸發(fā)濃縮結(jié)晶后要趁熱過濾，這樣才能得到晶體NaClO₂，
故答案為：趁熱過濾；
（6）根據(jù)實驗原理，用淀粉做指示劑時，用Na₂S₂O₃溶液滴定反應(yīng)中生成的I₂，實驗終點時的現(xiàn)象為，溶液的藍色消失，半分鐘內(nèi)不變色，在滴定實驗中，操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，其物質(zhì)的量為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，
由于水樣的體積為1.0L，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1，若滴定前滴定管尖嘴中有氣泡，滴定后氣泡消失，則讀出的Na₂S₂O₃溶液的體積偏大，則測定結(jié)果偏高，
故答案為：藍色消失，半分鐘內(nèi)不變色；0.675；偏高．

點評 題考查物質(zhì)含量的測定實驗，為高頻考點，把握發(fā)生的氧化還原反應(yīng)、關(guān)系式法的計算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的綜合考查，題目難度不大．