Question

6．用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質(zhì)量為166g•mol^-1）等新型凈水劑替代傳統(tǒng)的凈水劑Cl₂對淡水進(jìn)行消毒是城市飲用水處理新技術(shù)．ClO₂和Na₂FeO₄在水處理過程中分別被還原為Cl^-和Fe³⁺．
（1）如果以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，那么ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄．（填化學(xué)式）        
（2）二氧化氯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)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生用如上圖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：
①A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．A部分還應(yīng)添加溫度控制（如水浴加熱）裝置，B部分還應(yīng)補(bǔ)充什么裝置：盛有冰水混合物的水槽；
②該裝置按①補(bǔ)充完整后，裝置A、B、C中還有一處設(shè)計(jì)明顯不合理的是C（填“A、B或C”），理由是器C沒有使瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等，氣體不能順利通過．
③C中的試劑為NaOH溶液，反應(yīng)時(shí)生成氯酸鈉和亞氯酸鈉（NaClO₂），發(fā)該反應(yīng)的離子方程式為2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O．若實(shí)驗(yàn)時(shí)需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，則在精確配制時(shí)，需要稱取NaOH的質(zhì)量是80.0g，所使用的儀器除托盤天平、量筒、膠頭滴管、玻璃棒外，還必須有500ml容量瓶；燒杯．

Answer 1

分析 （1）以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，設(shè)質(zhì)量均為m，消毒效率分別為$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1；
（2）①根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)合原子守恒來書寫方程式；二氧化氯的沸點(diǎn)低，B裝置應(yīng)降低溫度；
②C裝置不能用橡皮塞堵住瓶口；
③C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)生成氯酸鈉和亞氯酸鈉，根據(jù)電子得失守恒以及原子守恒配平；配制450mL 4mol/L的NaOH溶液，應(yīng)選擇500mL容量瓶，結(jié)合m=cVM計(jì)算；根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的步驟以及每步操作需要儀器確定反應(yīng)所需儀器．

解答 解：（1）以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，設(shè)質(zhì)量均為m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率分別為$\frac{m}{67.5}$×5、$\frac{m}{166}$×3、$\frac{m}{71}$×2×1，所以由大到小的順序?yàn)镃lO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄；
故答案為：ClO₂；Cl₂；Na₂FeO₄；
（2）①加熱60℃，氯酸鉀和草酸反應(yīng)生成碳酸鉀、二氧化碳、二氧化氯和水，反應(yīng)方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；二氧化氯的沸點(diǎn)低，B裝置應(yīng)降低溫度，補(bǔ)充冷凝裝置；
故答案為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；盛有冰水混合物的水槽；
②C裝置不能用橡皮塞堵住瓶口，否則沒有使瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等，氣體不能順利通過，
故答案為：C；儀器C沒有使瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等，氣體不能順利通過；
③C為尾氣吸收裝置，可選擇NaOH溶液來吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)為：2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O，離子反應(yīng)為：2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O；
配制450mL 4mol/L的NaOH溶液，還需要500mL容量瓶、燒杯，需要NaOH的質(zhì)量為0.5L×4mol/L×40g/mol=80.0g；
操作步驟有計(jì)算、稱量、稀釋、移液、洗滌移液、定容、搖勻等操作，用托盤天平稱取氫氧化鈉，在燒杯中稀釋，用玻璃棒攪拌，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移到500mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，洗滌2-3次，將洗滌液轉(zhuǎn)移到容量瓶中，加水至液面距離刻度線1～2cm時(shí)，改用膠頭滴管滴加至溶液凹液面與刻度線水平相切，蓋好瓶塞顛倒搖勻．所以需要的儀器為：玻璃棒、燒杯、膠頭滴管、托盤天平、500mL容量瓶，
故答案為：2ClO₂+2OH^-=ClO₂^-+ClO₃^-+H₂O；80.0；500ml容量瓶；燒杯．

點(diǎn)評 本題以氯及其化合物的性質(zhì)考查氧化還原反應(yīng)及物質(zhì)的制備，把握習(xí)題中的信息及知識遷移應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生綜合應(yīng)用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．