Question

【題目】二氧化氯（ClO2）常用于處理含硫廢水。某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中探究ClO2與Na2S的反應(yīng)。

已知：① ClO2是極易溶于水的黃綠色氣體，有毒，沸點(diǎn)為11℃。

② SO2 + NaClO3 + H2SO4→ ClO2 + NaHSO4（未配平）

③ ClO2 + NaOH→NaCl + NaClO3 + H2O（未配平）

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)如下裝置制備ClO2

①裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________。

②裝置B中反應(yīng)的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為___________。

③欲收集一定量的ClO2，選擇上圖中的裝置，其連接順序?yàn)?/span>a→g→h→_________________→d。

（2）探究ClO2與Na2S的反應(yīng)

將上述收集到的ClO2用N2稀釋以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，并將適量的稀釋后的ClO2通入如圖所示裝置中充分反應(yīng)，得到無(wú)色澄清溶液。一段時(shí)間后，通過(guò)下列實(shí)驗(yàn)探究Ⅰ中反應(yīng)的產(chǎn)物

操作步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
取少量Ⅰ中溶液放入試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸。	品紅溶液始終不褪色	①無(wú)_______生成。
另取少量Ⅰ中溶液放入試管乙中，加入Ba(OH)2溶液和鹽酸，振蕩。	②___________	有SO42-生成
③繼續(xù)在試管乙中加入Ba(OH)2溶液至過(guò)量，靜置，取上層清液放入試管丙中，______________。	有白色沉淀生成	有Cl-生成

④ClO2與Na2S反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________。用于處理含硫廢水時(shí)，ClO2相對(duì)于Cl2的優(yōu)點(diǎn)是_____________________________________________（任寫(xiě)一條）。

Answer 1

【答案】Cu + 2H2SO4（濃）CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 2:1 b→c→e→f SO2 有白色沉淀 加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液 8ClO2 + 5S2- + 4H2O8Cl- + 5SO42- + 8H+ 均被還原為Cl-時(shí)，ClO2得到的電子數(shù)是Cl2的2.5倍，所需ClO2用量更少；或氧化產(chǎn)物硫酸根穩(wěn)定，ClO2除硫更徹底； 或ClO2不會(huì)生成可能對(duì)人體有害的有機(jī)氯化物等（合理即可）

【解析】

①裝置A中Cu與濃硫酸反應(yīng)制備二氧化硫，其化學(xué)方程式為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O；故答案為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O；

②由題意知裝置B中反應(yīng)為SO2 + 2NaClO3 + H2SO4= 2ClO2 + 2NaHSO4，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2:1；答案：2:1。

③二氧化硫從a出來(lái)，為防止倒吸，故應(yīng)在B之前有安全瓶，則a→g→h，為反應(yīng)充分，故再連接B裝置中的b，二氧化氯沸點(diǎn)較低，故在D中冰水浴收集，為充分冷卻，便于收集，故連接e，最后用氫氧化鈉吸收未反應(yīng)完的二氧化硫，防止污染空氣，連接順序?yàn)椋篴→g→h→b→c→e→f→d；故答案為：b→c→e→f；

④在Ⅰ中反應(yīng)過(guò)后的溶液加入品紅，品紅始終不褪色，說(shuō)明不是由于SO2的漂白作用導(dǎo)致褪色，結(jié)論是無(wú)SO2生成。答案：SO2。

在Ⅰ中反應(yīng)過(guò)后的溶液加入Ba(OH)2，結(jié)論是有SO42-生成，所以反應(yīng)生成BaSO4，現(xiàn)象應(yīng)為白色沉淀。答案：白色沉淀；

若生成可以證明Cl-存在的白色沉淀，那么操作應(yīng)為加入足量稀硝酸酸化的AgNO3溶液。答案：加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液；

由上述分析可知，生成物有SO42-和Cl-，用溶劑H2O補(bǔ)全反應(yīng)方程式，所以離子方程式為8ClO2 + 5S2- + 4H2O8Cl- + 5SO42- + 8H+；ClO2相對(duì)于Cl2優(yōu)點(diǎn)包括： ClO2除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根穩(wěn)定，ClO2在水中的溶解度大；剩余的ClO2不會(huì)產(chǎn)生二次污染，均被還原為Cl-時(shí)，ClO2得到的電子數(shù)是Cl2的2.5倍等。