Question

15．二氧化氯（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．工業(yè)上用潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生擬有圖1所示的裝置模擬制取并收集ClO₂．

（1）B必須放在冰水浴中控制溫度，其原因是使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)
（2）反應(yīng)后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂飽和溶液中在溫度低于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂．根據(jù)圖2所示的NaClO₂的溶解度曲線，請(qǐng)補(bǔ)充從NaClO₂溶液中制得NaClO₂的操作步驟：a蒸發(fā)結(jié)晶；b趁熱過濾；
③洗滌；④干燥．
（3）亞氯酸鈉（NaClO₂）是一種強(qiáng)氧化性漂白劑，廣泛用于紡織、印染和食品工業(yè)．它在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在．某同學(xué)查閱資料后設(shè)計(jì)生產(chǎn)NaClO₂的主要流程如下．

①Ⅰ、Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的還原劑分別是Na₂SO₃、H₂O（填化學(xué)式）．
②Ⅱ中反應(yīng)的離子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
③A的化學(xué)式是H₂SO₄，裝置Ⅲ中A在陽極區(qū)產(chǎn)生．
④ClO₂是一種高效水處理劑，可用亞氯酸鈉和稀鹽酸為原料制備．寫出該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O．
⑤NaClO₂變質(zhì)可分解為NaClO₃和NaCl．取等質(zhì)量變質(zhì)前后的NaClO₂試樣均配成溶液，分別與足量FeSO₄溶液反應(yīng)時(shí)，消耗Fe²⁺的物質(zhì)的量相同．（填“相同”，“不同”或“無法判斷”）

Answer 1

分析 模擬制取并收集ClO₂時(shí)關(guān)注二氧化氯的特殊物理性質(zhì)其熔點(diǎn)為-59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水，故制備時(shí)要適當(dāng)控制溫度防揮發(fā)，從尾氣處理裝置中得到的NaClO₂溶液中制得NaClO₂的操作蒸發(fā)結(jié)晶；
（1）二氧化氯的熔點(diǎn)較低，為收集二氧化氯，應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行；
（2）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法；
（3）硫酸鈉溶液通入離子隔膜電解池中，ClO₂和雙氧水在II中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO₂和氣體a，該反應(yīng)中Cl元素化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?3價(jià)，則O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以生成的氣體a是O₂，離子反應(yīng)方程式為2 ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2 ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；III中發(fā)生電解，根據(jù)圖知，生成氫氧化鈉，陰極上生成氫氣同時(shí)陰極附近生成NaOH，所以生成的氣體b是H₂；陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以a是O₂，同時(shí)生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性條件下，I中NaClO₂、Na₂SO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)方程式為2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O；
①同一化學(xué)反應(yīng)中，失電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是還原劑；
②堿性條件下，ClO₂、H₂O₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧氣、ClO₂^-和水；
③通過以上分析知，A是硫酸，硫酸在陽極附近生成；
④亞氯酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)生成ClO₂和NaCl、水；
⑤已變質(zhì)和未變質(zhì)的NaClO₂與Fe²⁺反應(yīng)都生成Cl^-，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒判斷．

解答 解：（1）二氧化氯的熔點(diǎn)較低，為收集二氧化氯，應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，所以應(yīng)該采用冰水浴，故答案為：使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)；
（2）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，趁熱過濾，故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；趁熱過濾；
（3）硫酸鈉溶液通入離子隔膜電解池中，ClO₂和雙氧水在II中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaClO₂和氣體a，該反應(yīng)中Cl元素化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?3價(jià)，則O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以生成的氣體a是O₂，離子反應(yīng)方程式為2 ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2 ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；III中發(fā)生電解，根據(jù)圖知，生成氫氧化鈉，陰極上生成氫氣同時(shí)陰極附近生成NaOH，所以生成的氣體b是H₂；陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以a是O₂，同時(shí)生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性條件下，I中NaClO₂、Na₂SO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)方程式為2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O；
①同一化學(xué)反應(yīng)中，失電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是還原劑，I中反應(yīng)方程式為2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O，還原劑是Na₂SO₃；III中氧化劑和還原劑都是水，故答案為：Na₂SO₃；H₂O；
②堿性條件下，ClO₂、H₂O₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧氣、ClO₂^-和水，離子方程式為2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，故答案為：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
③通過以上分析知，電解硫酸鈉溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，同時(shí)生成硫酸，所以A是硫酸，硫酸在陽極附近生成，故答案為：H₂SO₄；陽；
④亞氯酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)生成ClO₂和NaCl、水，反應(yīng)方程式為5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O，故答案為：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O；
⑤Fe²⁺與變質(zhì)前后的NaClO₂反應(yīng)，最后的還原產(chǎn)物都是NaCl，根據(jù)電子守恒消耗的Fe²⁺物質(zhì)的量應(yīng)相同，故答案為：相同．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，明確I、II、III中發(fā)生的反應(yīng)及物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是離子方程式的書寫，同時(shí)考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難度中等．