Question

6．ClO₂氣體是一種高效、廣譜、安全的殺菌消毒劑，可用NaClO₃和草酸（H₂C₂O₄）反應制得．無水草酸100℃可以升華．某學習小組用如圖1裝置模擬工業(yè)制取收集ClO₂．

（1）實驗時裝置A需在60℃～100℃進行的原因是溫度過低，化學反應速率較慢，溫度過高草酸升華或分解，控制所需溫度的方法是水浴加熱．
（2）電動攪拌棒的作用是將反應物充分混合（或充分反應、或使反應物受熱均勻）．裝置A中反應產物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，該反應的化學方程式為2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（3）在裝置C中ClO₂和NaOH反應生成等物質的量的兩種鹽，其中一種鹽為NaClO₂，寫出反應的離子方程式2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O．
（4）用ClO₂處理過的飲用水（pH為5.5～6.5）往往殘留少量ClO₂和一定量對人體不利的亞氯酸根離子（ClO₂^-）．
①ClO₂被I^-還原為ClO₂^-、Cl^-的轉化率與溶液pH的關系如圖2所示
②當pH≤2.0時，ClO₂^-也能被I^-還原成Cl^-
③2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI
根據上述信息，請補充完整測定飲用水中ClO₂^-含量的實驗方案：
取一定體積的飲用水，加入NaOH溶液調節(jié)pH為7.0～8.0；再重復上述操作1～2次，計算得出結果．
（實驗中需使用的試劑：淀粉溶液、標準Na₂S₂O₃溶液、KI溶液、稀硫酸）

Answer 1

分析 實驗過程分析：裝置A中盛放草酸和NaClO₃，反應生成ClO₂氣體：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，裝置A用電動攪拌棒，將反應物充分混合（或充分反應、或使反應物受熱均勻），B為ClO₂的凝集裝置，裝置C為尾氣吸收裝置．
（1）無水草酸100℃可以升華所以反應溫度低于100℃，溫度過低，反應速率慢，所以實驗時裝置A需在60℃～100℃進行，60℃～100℃反應，需要用水浴加熱；
（2）電動攪拌可讓讓反應物充分的接觸，加快反應速率；裝置A中反應物為NaClO₃、H₂C₂O₄，產物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，根據反應物和生成物書寫化學方程式；
（3）NaOH吸收ClO₂，生成物質的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為ClO₂^-，根據氧化還原反應規(guī)律來書寫；
（4）題目信息提示用的是連續(xù)碘量法進行測定，信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，說明步驟中有碘生成，結合pH≤2.0時，ClO₂^-與I^-反應的離子方程式可判斷出調節(jié)溶液的pH≤2.0，據此設計測定飲用水中ClO₂^-含量的實驗方案．

解答 解：（1）一般來說，升高溫度，活化分子的百分數增大，反應速率增大，溫度過低，化學反應速率較慢，無水草酸100℃可以升華，溫度過高草酸升華或分解，所以實驗時裝置A需在60℃～100℃進行，反應溫度低于水的沸點，用水浴可使反應容器受熱均勻，所以反應要用水浴加熱，
故答案為：溫度過低，化學反應速率較慢，溫度過高草酸升華或分解；水浴加熱；
（2）實驗時電動攪拌，能增加反應物的接觸機會，將反應物充分混合（或充分反應、或使反應物受熱均勻），使反應速率加快，裝置A中反應物為NaClO₃、H₂C₂O₄，產物有Na₂CO₃、ClO₂和CO₂等，Cl（+5→+4），C（+3→+4），根據得失電子守恒和原子守恒，該反應方程式為：2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案為：將反應物充分混合（或充分反應、或使反應物受熱均勻）；2NaClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（3）NaOH吸收ClO₂尾氣，生成物質的量之比為1：1的兩種陰離子，一種為ClO₂^-，氧化還原反應規(guī)律，另一種離子中Cl元素化合價升高，即為ClO₃^-，反應的離子方程式為：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O，
故答案為：2ClO₂+2OH^-=ClO₃^-+ClO₂^-+H₂O；
（4）信息③用Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，說明步驟中有碘生成，是用連續(xù)碘量法進行測定，根據曲線圖示在pH≤2.0時，ClO₂被I^-還原只生成Cl^-，pH≥7.0時，ClO₂被I^-還原只生成ClO₂^-；而用ClO₂處理過的飲用水，其pH為5.5～6.5，所以其中既含有ClO₂，又含有ClO₂^-，若將溶液的pH調節(jié)為7.0～8.0，則第一階段滴定時只是ClO₂被I^-還原只生成ClO₂^-，溶液的ClO₂^-沒有被I^-還原，所以第二階段滴定前應調節(jié)溶液的pH≤2.0，使ClO₂^-與I^-反應，以測定樣品水樣中亞氯酸根離子的含量，所以需調節(jié)溶液的pH≤2.0，所以測定飲用水中ClO₂^-含量的實驗方案為：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用標準Na₂S₂O₃溶液滴定至終點（或藍色褪去），記錄消耗標準Na₂S₂O₃溶液的體積；加入稀硫酸調節(jié)溶液的pH≤2.0；繼續(xù)用標準Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，記錄消耗標準Na₂S₂O₃溶液的體積，
故答案為：加入足量KI溶液，加2滴淀粉溶液；用標準Na₂S₂O₃溶液滴定至終點（或藍色褪去），記錄消耗標準Na₂S₂O₃溶液的體積；加入稀硫酸調節(jié)溶液的pH≤2.0；繼續(xù)用標準Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，記錄消耗標準Na₂S₂O₃溶液的體積．

點評 本題考查實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備的反應原理及測定含量發(fā)生的反應為解答的關鍵，側重分析、實驗能力的綜合考查，題目難度中等．