Question

【題目】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，而且與Cl2相比不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有潛在危害的有機(jī)氯代物。已知: ClO2濃度過(guò)高或受熱易分解，甚至?xí)�爆炸�，F(xiàn)有下列制備ClO2的方法:

（1）方法一：氧化法

可用亞氯酸鈉和稀鹽酸為原料制備，反應(yīng)原理為5NaClO2+4HCl=5NaCl+4ClO2↑+2H2O。

①該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是_______________________。

②研究表明：若反應(yīng)開(kāi)始時(shí)鹽酸濃度較大，則氣體產(chǎn)物中有Cl2，用離子方程式解釋產(chǎn)生Cl2的原因__________________________________________________。

（2）方法二：草酸還原法

在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）還原氯酸鈉的方法來(lái)制備ClO2

①寫出制備ClO2的離子方程式：__________________________________________；

②與電解法相比，用草酸還原法制備ClO2的特點(diǎn)是____________________，提高了生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程的安全性。

（3）已知: ClO2被I-還原為ClO2-、Cl-的轉(zhuǎn)化率與溶液pH 的關(guān)系如圖所示。當(dāng)pH<2.0 時(shí)，ClO2-也能被I- 完全還原為Cl-。反應(yīng)生成的I2與Na2S2O3 反應(yīng)的方程式: 2Na2S2O3+ I2= Na2S4O6 + 2NaI。用ClO2消毒的飲用水中含有ClO2、ClO2-。測(cè)定飲用水中ClO2、ClO2-的含量，分兩步進(jìn)行:

①用紫外分光光度法測(cè)得水樣中ClO2的含量為a mol/L。

②用滴定法測(cè)量ClO2-的含量。請(qǐng)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟:

步驟1: 準(zhǔn)確量取V mL 上述水樣加入錐形瓶中。

步驟2: 調(diào)節(jié)水樣的pH小于2。

步驟3: 加入足量的KI 晶體，充分反應(yīng)。

步驟4: 加入少量淀粉溶液，用c mol/L Na2S2O3 溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na2S2O3 溶液V1 mL。

根據(jù)上述分析數(shù)據(jù)，測(cè)得該飲用水中ClO2-的濃度為___________mol/L( 用含字母的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】1∶4 4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O 2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O 生成的CO2對(duì)ClO2起到稀釋作用

【解析】

(1)5NaClO2+4HCl═5NaCl+4ClO2↑+2H2O中，Cl元素的化合價(jià)由+3降低為-1價(jià)，+3價(jià)升高為+4價(jià)，①1molNaClO2得到電子與4molNaClO2失去電子相等；
②反應(yīng)開(kāi)始時(shí)鹽酸濃度較大，則氣體產(chǎn)物中有Cl2，發(fā)生氧化還原反應(yīng)；

(2) ①在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）還原氯酸鈉的方法來(lái)制備ClO2時(shí)，同時(shí)還會(huì)生成二氧化碳和水；

②電解法產(chǎn)生的ClO2濃度過(guò)高，當(dāng)ClO2濃度過(guò)高或受熱易分解，甚至?xí)�爆炸，�?jù)此分析；

(3)步驟4是Na2S2O3滴定溶液中I2，步驟2需要調(diào)節(jié)pH使ClO2將I氧化為I2；由電子轉(zhuǎn)移守恒可得：2ClO25I2，計(jì)算ClO2氧化生成I2的物質(zhì)的量，根據(jù)2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，計(jì)算溶液中I2總物質(zhì)的量，再計(jì)算ClO2氧化生成的I2的物質(zhì)的量，由電子轉(zhuǎn)移守恒可得：ClO22I2，計(jì)算ClO2的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其濃度。

(1)①1mol NaClO2得到電子與4mol NaClO2失去電子相等，則該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是1:4，故答案為：1:4；

②若反應(yīng)開(kāi)始時(shí)鹽酸濃度較大，則氣體產(chǎn)物中有Cl2，用離子方程式解釋產(chǎn)生Cl2的原因?yàn)?/span>4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O，故答案為：4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O；

(2) ①在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）還原氯酸鈉的方法來(lái)制備ClO2時(shí)，同時(shí)還會(huì)生成二氧化碳和水，離子方程式為：2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O，故答案為：2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O；

②電解法產(chǎn)生的ClO2濃度過(guò)高，當(dāng)ClO2濃度過(guò)高或受熱易分解，甚至?xí)�爆炸，而用草酸還原法制備ClO2時(shí)，生成的CO2對(duì)ClO2起到稀釋作用，提高了生產(chǎn)安全性，故答案為：生成的CO2對(duì)ClO2起到稀釋作用；

(3) VmL溶液中，ClO2的物質(zhì)的量為=V×103L×amol/L=aV×103mol，由電子轉(zhuǎn)移守恒可得：2ClO25I2，ClO2氧化生成I2的物質(zhì)的量=2.5aV×103mol，消耗Na2S2O3的物質(zhì)的量=V1×103L×cmol/L=cV1×103mol，由2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，溶液中I2總物質(zhì)的量=0.5cV1×103mol，ClO2氧化生成的I2的物質(zhì)的量=0.5cV1×103mol2.5aV×103mol=(0.5cV12.5aV)×103mol，由電子轉(zhuǎn)移守恒可得：ClO22I2，則ClO2的物質(zhì)的量=×(0.5cV12.5aV)×103mol，故，
故答案為：。