Question

18．二氧化氯（ClO₂）是極易溶于水且不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的黃綠色氣體，沸點(diǎn)為 11℃，可用于處理含硫廢水．某小組在實(shí)驗(yàn)室中探究 ClO₂ 與 Na₂S 的反應(yīng)．回答下列問(wèn)題：
（1）ClO₂ 的制備
已知：SO₂+2NaClO₃+H₂SO₄═2ClO₂↑+2NaHSO₄

①裝置 A 中反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O．
②欲收集干燥的 ClO₂，選擇圖1中的裝置，其連接順序?yàn)?nbsp;a→g→h→b→c→e→f→d（按氣流方向，用小寫(xiě)字母表示）
③裝置 D 的作用是冷凝并收集ClO₂．
（2）ClO₂ 與 Na₂S 的反應(yīng)
將上述收集到的 ClO₂ 用 N₂ 稀釋以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，并將適量的稀釋后的 ClO₂ 通入如圖2所示裝置中充分反應(yīng)，得到無(wú)色澄清溶液．一段時(shí)間后，通過(guò)下列實(shí)驗(yàn)探究 I 中反應(yīng)的產(chǎn)物．

操作步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
取少量I中溶液于試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸	品紅始終不褪色	①無(wú)SO2（或HSO3-或SO32-）生成
另取少量I中溶液于試管乙中，加入Ba（OH）2溶液，振蕩	②白色沉淀	有SO42-生成
③繼續(xù)在試管乙中滴加Ba（OH）2溶液至過(guò)量，靜置，取上層清液于試管丙內(nèi) 加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液	有白色沉淀生成	有Cl-生成

④ClO₂ 與 Na₂S 反應(yīng)的離子方程式為8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺．用于處理含硫廢水時(shí)，ClO₂ 相對(duì)于Cl₂ 的優(yōu)點(diǎn)是ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會(huì)產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時(shí)，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍（任寫(xiě)一條）．

Answer 1

分析 （1）ClO₂ 的制備：裝置A中又Cu與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)制備二氧化硫氣體，在裝置B中發(fā)生生成二氧化氯的反應(yīng)，為防止倒吸，A與B之間連接裝置E，二氧化氯沸點(diǎn)較低，故在D中冰水浴收集，最后用氫氧化鈉吸收未反應(yīng)完的二氧化硫，防止污染空氣，據(jù)此分析解答；
（2）①品紅不褪色，說(shuō)明無(wú)SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
②硫酸鋇為白色沉淀；
③用硝酸酸化的硝酸銀可驗(yàn)證氯離子；
④根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知ClO₂ 與 Na₂S 反應(yīng)有氯離子、硫酸根離子的生成；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會(huì)產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時(shí)，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍．

解答 解：（1）①裝置 A 中反應(yīng)Cu與濃硫酸制備二氧化硫，化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O；
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O；
②二氧化硫從a進(jìn)入裝置B中反應(yīng)，為防止倒吸，故應(yīng)在之前有安全瓶，則a→g→h，為反應(yīng)充分，故再連接B裝置中的b，二氧化氯沸點(diǎn)較低，故在D中冰水浴收集，為充分冷卻，便于收集，故連接e，最后用氫氧化鈉吸收未反應(yīng)完的二氧化硫，防止污染空氣，連接順序?yàn)椋篴→g→h→b→c→e→f→d；
故答案為：g→h→b→c→e→f→d；
③裝置D的作用為冷凝并收集ClO₂；
故答案為：冷凝并收集ClO₂；
（2）將適量的稀釋后的 ClO₂ 通入如圖2所示裝置中充分反應(yīng)，得到無(wú)色澄清溶液，
①取少量I中溶液于試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸，品紅始終不褪色，說(shuō)明溶液中無(wú)SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
故答案為：SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）；
②另取少量I中溶液于試管乙中，加入Ba（OH）₂溶液，振蕩，有SO₄^2-生成，硫酸根與鋇離子反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀；
故答案為：白色沉淀；
③結(jié)論為有Cl^-生成，有白色沉淀生成，氯化銀為不溶于酸的白色沉淀，檢驗(yàn)氯離子，故操作為：繼續(xù)在試管乙中滴加Ba（OH）₂溶液至過(guò)量，靜置，取上層清液于試管丙內(nèi)加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；
故答案為：加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；
④由上述分析可知ClO₂ 與 Na₂S 反應(yīng)有氯離子、硫酸根離子的生成，故發(fā)生的離子方程式為：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會(huì)產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時(shí)，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍；
故答案為：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會(huì)產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時(shí)，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究，涉及方程式的書(shū)寫(xiě)，實(shí)驗(yàn)裝置的連接等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重于對(duì)學(xué)生將知識(shí)運(yùn)用和解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．