Question

17．二氧化氯（ClO₂）被聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織（WHO）列為AⅠ級(jí)高效安全滅菌消毒劑．常溫下二氧化氯為黃綠色氣體，其熔點(diǎn)為-59.5℃，沸點(diǎn)為11.0℃，能溶于水，不與水反應(yīng)．溫度過高，二氧化氯的水溶液可能爆炸．某研究性學(xué)習(xí)小組擬用圖所示裝置制取并收集ClO₂．（加熱和夾持裝置均省略）
（1）在圓底燒瓶中先放入一定量的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄），然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之間生成C1O₂、CO₂和一種硫酸鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O．
（2）A裝置中使用溫度計(jì)的目的控制溫度，避免溫度過高引起爆炸．反應(yīng)開始后，可以觀察到圓底燒瓶內(nèi)的現(xiàn)象是溶液中有氣泡逸出，圓底燒瓶內(nèi)產(chǎn)生黃綠色氣體．
（3）B裝置的作用是將C1O₂冷凝并收集．
（4）D裝置中的NaOH溶液吸收尾氣中的ClO₂，生成物質(zhì)的量之比為的1：1的兩種鹽，一種為NaClO₂，另一種為．
（5）ClO₂很不穩(wěn)定，需隨用隨制，產(chǎn)物用水吸收得到ClO₂溶液．為測(cè)定所得溶液中ClO₂的含量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
步驟1：量取ClO₂溶液10.0mL，稀釋成100.0mL試樣；量取V₁mL試樣加入到錐形瓶中；
步驟2：調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，振蕩后，靜置片刻；
步驟3：加入指示劑X，用cmol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．
（已知：
2ClO₂+8H⁺+10I^-=5I₂+2Cl^-+4H₂O
2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI）
指示劑X為淀粉溶液．原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g•L^-1（用含字母的代數(shù)式表示）．
（6）有同學(xué)認(rèn)為KC1O₃在酸性條件下與草酸反應(yīng)會(huì)生成KCl．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明A裝置反應(yīng)后的溶液中是否存在C1^-，簡要寫出所需試劑、實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論．（已知：AgClO₃可溶于水）取少量A裝置反應(yīng)后的溶液于試管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反應(yīng)后靜置，取上層清液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀產(chǎn)生．若有，則存在Cl^-；若無，則不存在Cl^-．

Answer 1

分析 A裝置由草酸、氯酸鉀和硫酸制二氧化氯（ClO₂）：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O，B裝置冷凝并收集產(chǎn)品ClO₂，C裝置防倒吸，D裝置吸收多余的ClO₂，防止污染空氣，
（1）由草酸、氯酸鉀和硫酸在60℃～80℃之間生成C1O₂、CO₂和硫酸鉀，據(jù)此書寫；
（2）根據(jù)常溫下二氧化氯為黃綠色氣體，溫度過高，二氧化氯的水溶液可能爆炸分析；
（3）B裝置收集產(chǎn)品二氧化氯；
（4）NaOH吸收ClO₂尾氣，生成物質(zhì)的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為NaClO₂，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律來書寫；
（5）有碘單質(zhì)生成，用淀粉做指示劑；根據(jù)元素守恒結(jié)合反應(yīng)得到關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計(jì)算c（ClO₂）；
（6）檢驗(yàn)氯離子選用酸化的硝酸銀溶液，因?yàn)橛辛蛩岣�離子的干擾，故應(yīng)選擇鋇鹽排除硫酸根離子的干擾，據(jù)此分析．

解答 解：（1）由草酸、氯酸鉀和硫酸在60℃～80℃之間生成C1O₂、CO₂和一種硫酸鉀，反應(yīng)為：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O；
故答案為：H₂C₂O₄+2KClO₃+H₂SO₄$\frac{\underline{\;60℃-80℃\;}}{\;}$K₂SO₄+2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O；
（2）由題可知：常溫下二氧化氯為黃綠色氣體，溫度過高，二氧化氯的水溶液可能爆炸，則圓底燒瓶中可以觀察到有氣泡逸出，并產(chǎn)生黃綠色氣體，溫度計(jì)的作用是控制溫度，避免溫度過高引起爆炸；
故答案為：控制溫度，避免溫度過高引起爆炸；溶液中有氣泡逸出，圓底燒瓶內(nèi)產(chǎn)生黃綠色氣體；
（3）二氧化氯熔沸點(diǎn)較低，在冰水中冷凝并收集；
故答案為：將C1O₂冷凝并收集；
（4）NaOH吸收ClO₂尾氣，生成物質(zhì)的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為NaClO₂，氧化還原反應(yīng)規(guī)律，另一種離子中Cl元素化合價(jià)升高，即為NaClO₃；
故答案為：NaClO₃；
（5）有碘單質(zhì)生成，用淀粉做指示劑；二氧化硫和碘單質(zhì)的反應(yīng)中，根據(jù)電子守恒，得到：2ClO₂～5I₂，結(jié)合反應(yīng)2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，得到關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃．
設(shè)原ClO₂溶液的濃度為x，
 2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
2mol             10mol
$\frac{1{0}^{-2}×x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L；

故答案為：淀粉溶液；$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$；
（6）檢驗(yàn)氯離子選用酸化的硝酸銀溶液，因?yàn)橛辛蛩岣�離子的干擾，故應(yīng)選擇鋇鹽（硝酸鋇）排除硫酸根離子的干擾，再進(jìn)行檢驗(yàn)，方法為：取少量A裝置反應(yīng)后的溶液于試管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反應(yīng)后靜置，取上層清液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀產(chǎn)生．若有，則存在Cl^-；若無，則不存在Cl^-；
故答案為：取少量A裝置反應(yīng)后的溶液于試管中，加入足量Ba（NO₃）₂溶液，充分反應(yīng)后靜置，取上層清液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀產(chǎn)生．若有，則存在Cl^-；若無，則不存在Cl^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，需要把握住流程的過程，找到解決問題的突破口，運(yùn)用基本知識(shí)、結(jié)合最終要得到的產(chǎn)品來解決，要將教材所學(xué)到的基本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際解決問題中去，要求基礎(chǔ)知識(shí)掌握牢固，同時(shí)又能將基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用中．