Question

2．二氧化氯（ClO₂）是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點(diǎn)為-59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水．是目前國際上公認(rèn)的新一代高效、廣譜、安全的殺菌、保鮮劑，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，比較實(shí)用的有數(shù)十種，下列方法是常見方法之一．
方法一：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O
方法二：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄═2ClO₂↑+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O
比較方法一和方法二，哪種方法更好？方法二，說明理由方法一的缺點(diǎn)主要是同時(shí)產(chǎn)生了大量的氯氣，不僅產(chǎn)率低，而且產(chǎn)品難以分離，同時(shí)很有可能造成環(huán)境污染；或方法二的優(yōu)點(diǎn)是安全性好，沒有產(chǎn)生毒副產(chǎn)品．
實(shí)驗(yàn)室常用氯酸鈉（NaClO₃）、亞硫酸鈉（Na₂SO₃）和硫酸共熱制備二氧化氯化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄═2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O．

（2）工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生用如圖甲所示的裝置模擬工業(yè)制取及收集ClO₂，其中A為ClO₂的發(fā)生裝置，B為ClO₂的凝集裝置，C為尾氣吸收裝置．請問：A部分還應(yīng)添加溫度控制裝置，請你說出一種溫度控制方法，B部分還應(yīng)補(bǔ)充什么裝置水浴加熱（冰水）冷凝，C中應(yīng)裝的試劑為NaOH溶液．
我國最近成功研制出制取ClO₂的新方法，其反應(yīng)的微觀過程如圖乙所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaClO₂+Cl₂═2NaCl+2ClO₂．
（3）二氧化氯做消毒劑時(shí)，被還原成Cl^-，它的消毒效率是同質(zhì)量常用消毒劑NaClO（84消毒液的主要成分）的2.76倍．消毒水時(shí)，ClO₂還可將Fe²⁺、Mn²⁺轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃、MnO₂難溶物除去，請寫出二氧化氯與Mn²⁺反應(yīng)的離子方程式2ClO₂+5Mn²⁺+6H₂O=MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）由給定的方法可知，方法二生成固體二氧化氯，沒有毒副產(chǎn)品，從反應(yīng)的安全性和環(huán)保兩個(gè)角度來回答；用氯酸鈉（NaClO₃）、亞硫酸鈉（Na₂SO₃）和硫酸共熱制備二氧化氯，還生成硫酸鈉和水；
（2）二氧化氯的沸點(diǎn)低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應(yīng)降低溫度；C為尾氣吸收裝置，可選擇堿來吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)；由微觀過程可知，氯氣與NaClO₂反應(yīng)；
（3）根據(jù)等質(zhì)量的二氧化氯和次氯酸鈉做氧化劑過程中轉(zhuǎn)移的電子的量來計(jì)算消毒效率；ClO₂氧化除去Mn²⁺，生成二氧化錳、氯離子和氫離子．

解答 解：（1）從環(huán)境、安全和產(chǎn)率角度考慮應(yīng)選擇方法一原因是方法一的缺點(diǎn)主要是同時(shí)產(chǎn)生了大量的氯氣，不僅產(chǎn)率低，而且產(chǎn)品難以分離，同時(shí)很有可能造成環(huán)境污染，或方法二的優(yōu)點(diǎn)是安全性好，沒有產(chǎn)生毒副產(chǎn)品；用氯酸鈉（NaClO₃）、亞硫酸鈉（Na₂SO₃）和硫酸共熱制備二氧化氯，還生成硫酸鈉和水，化學(xué)反應(yīng)為2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；
故答案為：方法二；方法一的缺點(diǎn)主要是同時(shí)產(chǎn)生了大量的氯氣，不僅產(chǎn)率低，而且產(chǎn)品難以分離，同時(shí)很有可能造成環(huán)境污染；或方法二的優(yōu)點(diǎn)是安全性好，沒有產(chǎn)生毒副產(chǎn)品；2NaClO₃+Na₂SO₃+H₂SO₄=2ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；
（2）二氧化氯的沸點(diǎn)低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應(yīng)補(bǔ)充（冰水）冷凝裝置，C為尾氣吸收裝置，可選擇NaOH溶液來吸收尾氣；由微觀過程可知，氯氣與NaClO₂反應(yīng)，由原子及電子守恒可知，反應(yīng)為2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂；
故答案為：水浴加熱（冰水）冷凝；NaOH溶液；2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂；
（3）二氧化氯做消毒劑時(shí)，被還原成Cl^-，質(zhì)量是m的二氧化氯轉(zhuǎn)移電子是$\frac{5m}{67.5}$mol，次氯酸銨做消毒劑時(shí)，被還原成Cl^-，質(zhì)量是m的次氯酸鈉轉(zhuǎn)移電子是$\frac{2m}{74.5}$mol，所以二者的消毒效率之比是$\frac{5m}{67.5}$：$\frac{2m}{74.5}$=2.76；ClO₂氧化除去Mn²⁺的離子方程式為2ClO₂+5Mn²⁺+6H₂O=MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺，
故答案為：2.76；2ClO₂+5Mn²⁺+6H₂O=MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，把握習(xí)題中的信息及發(fā)生的氧化還原反應(yīng)、制備實(shí)驗(yàn)裝置的作用等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度不大