Question

14．用二氧化氯（ClO₂）新型凈水劑替代傳統(tǒng)的凈水劑Cl₂，對(duì)淡水進(jìn)行消毒是城市飲用水處理的新技術(shù)．
（1）已知ClO₂在水處理過程中被還原為Cl^-．若以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來表示消毒效率，則ClO₂、Cl₂兩種消毒劑的消毒效率由小到大的順序是Cl₂＜ClO₂．（填化學(xué)式）
（2）ClO₂的制備方法：
①工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂．寫出該反應(yīng)的離子方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
②纖維素還原法制ClO₂是一種新方法，其原理是：纖維素水解得到的最終產(chǎn)物Y與NaClO₃反應(yīng)生成ClO₂．完成反應(yīng)的化學(xué)方程式：
1 C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄=24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄，
假設(shè)該反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成1.12L氣體，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.04N_A．
③實(shí)驗(yàn)室通常以NH₄Cl、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料制備ClO₂的流程如下：
推測(cè)溶液X為NaCl和NaOH溶液．
（3）ClO₂是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，實(shí)驗(yàn)室通常用NaOH溶液來吸收ClO₂，以減少環(huán)境污染．
若實(shí)驗(yàn)時(shí)需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，則配制時(shí)，需要用托盤天平稱取NaOH的質(zhì)量為80.0g，所使用的儀器除托盤天平、膠頭滴管、玻璃棒外，還必須有500mL容量瓶、燒杯．配制該溶液時(shí)，下列操作會(huì)使溶液濃度偏高的是CD．（填字母）
A．稱量固體時(shí)動(dòng)作緩慢
B．容量瓶未干燥立即用來配制溶液
C．NaOH固體溶解后立刻轉(zhuǎn)移
D．在容量瓶中定容時(shí)俯視容量瓶刻度線
E．定容后搖勻，發(fā)現(xiàn)液面降低，又補(bǔ)加少量水，重新達(dá)到刻度線．

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、$\frac{m}{71}$×2×1；
（2）①Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，本身被還原為氯離子，1個(gè)氯氣分子反應(yīng)得到2個(gè)電子；
②纖維素為多糖，水解最終產(chǎn)物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價(jià)，降低1價(jià)，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價(jià)為0，到+4價(jià)，升高4價(jià)，然后配平得到；由配平的化學(xué)方程式可知生成24molClO₂和6mol CO₂氣體轉(zhuǎn)移24mol的電子；
③由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，電解氯化銨與鹽酸混合溶液，生成NCl₃與H₂，反應(yīng)方程式為NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．NaClO₂和NCl₃溶液混合反應(yīng)生成NH₃、CO₂和X，結(jié)合元素化合價(jià)變化和電子守恒、原子守恒配平書寫化學(xué)方程式確定X；
（3）依據(jù)m=nM計(jì)算需要的氫氧化鈉溶質(zhì)的質(zhì)量，配制溶液需要天平稱量固體質(zhì)量，精確到0.1g，若實(shí)驗(yàn)時(shí)需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，所使用的儀器除托盤天平、膠頭滴管、玻璃棒外，還含有燒杯和500ml容量瓶，
A．稱量固體時(shí)動(dòng)作緩慢，可能導(dǎo)致氫氧化鈉吸收水蒸氣和空氣中的二氧化碳，導(dǎo)致溶質(zhì)減��；
B．容量瓶未干燥立即用來配制溶液對(duì)配制溶液的結(jié)果無影響；
C．NaOH固體溶解后溶液溫度升高，立刻轉(zhuǎn)移溶液溫度升高，常溫下溶液濃度增大；
D．在容量瓶中定容時(shí)俯視容量瓶刻度線，液面倍提高，定容未達(dá)到刻度；
E．定容后搖勻，發(fā)現(xiàn)液面降低，又補(bǔ)加少量水，重新達(dá)到刻度線，溶液濃度減��；

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、$\frac{m}{71}$×2×1，所以由大到小的順序?yàn)镃lO₂＞Cl₂，
故答案為：Cl₂＜ClO₂；
（2）①Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，本身被還原為氯離子，1個(gè)氯氣分子反應(yīng)得到2個(gè)電子，因此離子方程式、電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目表示為，
故答案為：；
②纖維素為多糖，水解最終產(chǎn)物為葡萄糖（C₆H₁₂O₆），具有還原性，可將NaClO₃還原得到ClO₂．Cl從+5到+4價(jià)，降低1價(jià)，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）C均價(jià)為0，到+4價(jià)，升高4價(jià)，則配平后的化學(xué)方程式為1 C₆H₁₂O₆+24 NaClO₃+12H₂SO₄=24 ClO₂↑+6 CO₂↑+18H₂O+12 Na₂SO₄，
30mol的氣體～24mole-
30×22.4L   24mol
1.12L     0.16mol
所以轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.04N_A，
故答案為：1；C₆H₁₂O₆；24；6；12；Na₂SO₄，0.04N_A；
③由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，電解氯化銨與鹽酸混合溶液，生成NCl₃與H₂，反應(yīng)方程式為NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．NaClO₂和NCl₃溶液混合反應(yīng)生成NH₃、CO₂和X，N元素化合價(jià)+6價(jià)變化為-3價(jià)，氯元素化合價(jià)降低1，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為6，化學(xué)方程式為：6ClO₂^-+NCl₃+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，所以X為NaCl和NaOH溶液，
故答案為：NaCl和NaOH溶液；
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，配制溶液需要天平稱量固體質(zhì)量，精確到0.1g，依據(jù)m=nM計(jì)算需要的氫氧化鈉溶質(zhì)的質(zhì)量=0.5L×4mol/L×40g/mol=80.0g，若實(shí)驗(yàn)時(shí)需要450mL 4mol/L的NaOH溶液，需要取用500ml容量瓶中配制，所使用的儀器除托盤天平、膠頭滴管、玻璃棒外，還含有燒杯和500ml容量瓶，
A．稱量固體時(shí)動(dòng)作緩慢，可能導(dǎo)致氫氧化鈉吸收水蒸氣和空氣中的二氧化碳，導(dǎo)致溶質(zhì)減小，測(cè)定結(jié)果偏低，故A錯(cuò)誤；
B．最后配制溶液需要加入水定容，容量瓶未干燥立即用來配制溶液對(duì)配制溶液的結(jié)果無影響，故B錯(cuò)誤；
C．NaOH固體溶解后溶液溫度升高，立刻轉(zhuǎn)移溶液溫度升高，常溫下液面未達(dá)到刻度，溶液濃度增大，故C正確；
D．在容量瓶中定容時(shí)俯視容量瓶刻度線，液面倍提高，定容未達(dá)到刻度，溶液濃度增大，故D正確；
E．定容后搖勻，發(fā)現(xiàn)液面降低，又補(bǔ)加少量水，重新達(dá)到刻度線，水加入超出刻度線，溶液濃度減小，故E錯(cuò)誤；
故選CD．
故答案為：80.0，500mL容量瓶、燒杯，CD；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移，電子守恒計(jì)算分析，化學(xué)方程式書寫，溶液配制方法和過程分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．