Question

13．某研究小組用黃鐵礦（FeS₂）、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)制備ClO₂氣體，再用水吸收該氣體可得ClO₂溶液．在此過(guò)程中需要控制適宜的溫度，若溫度不當(dāng)，副反應(yīng)增加，影響生成ClO₂氣體的純度，且會(huì)影響ClO₂的吸收率，具體情況如圖所示．
（1）據(jù)圖可知，反應(yīng)時(shí)需要控制的適宜溫度是30℃，要達(dá)到此要求需要采取的措施是水浴加熱．
（2）已知：黃鐵礦中的硫元素在酸性條件下可被ClO₃^-氧化成SO₄^2-，請(qǐng)寫(xiě)出FeS₂、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)生成二氧化氯（ClO₂）的離子方程式：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-．
（3）該小組擬以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作為衡量ClO₂產(chǎn)率的指標(biāo)．若取NaClO₃樣品6.0g，通過(guò)反應(yīng)和吸收獲得400mL ClO₂溶液，取此溶液20mL與37.00mL 0.500mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液充分反應(yīng)后，過(guò)量的Fe²⁺再用0.050 0mol•L^-1 K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．反應(yīng)原理為：
4H⁺+ClO₂+5Fe²⁺═Cl^-+5Fe³⁺+2H₂O
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
試計(jì)算ClO₂的“產(chǎn)率”（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，30℃時(shí)純度較高、吸收率最大；水浴加熱可控制溫度恒定；
（2）FeS₂、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)生成二氧化氯（ClO₂），Cl元素的化合價(jià)降低，F(xiàn)e、S元素的化合價(jià)升高．
（3）以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作為衡量ClO₂產(chǎn)率的指標(biāo)，結(jié)合Cr₂O₇^2-～～～～～～～～～6Fe²⁺、ClO₂～～～～～5Fe²⁺計(jì)算．

解答 解：（1）ClO₂氣體的純度，且會(huì)影響ClO₂的吸收率，依據(jù)圖象分析溫度再30°C時(shí)ClO₂的吸收率最大純度90%以上，控制100°C以下的 溫度需要用水浴加熱；
故答案為：30；水浴加熱；
（2）用黃鐵礦（FeS₂）、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)制備ClO₂氣體，氯酸跟離子在酸溶液中具有強(qiáng)氧化性，氧化FeS₂為硫酸鐵和硫酸，本身被還原為反應(yīng)的離子方程式為ClO₂；結(jié)合原子守恒、電子守恒配平寫(xiě)出離子方程式為：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
故答案為：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
（3）由4H⁺+ClO₂+5Fe²⁺═Cl^-+5Fe³⁺+2H₂O
14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，
   Cr₂O₇^2-～～～～～～～～～6Fe²⁺
   　1　　　                          6
 0.050 0mol•L^-1×0.020L      0.006mol
   ClO₂～～～～～5Fe²⁺
     1            5
    0.0025mol   0.037L×0.500mol•L^-1-0.006mol
400mL ClO₂溶液中含ClO₂ 0.0025mol×20=0.05mol；
以“m（ClO₂）/m（NaClO₃）”作為衡量ClO₂產(chǎn)率的指標(biāo)，所以產(chǎn)率=$\frac{0.05mol×67.5g/mol}{0.6g}$×100%=56.25%，
答：ClO₂的“產(chǎn)率”為56.25%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握反應(yīng)中物質(zhì)的量關(guān)系為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，注意守恒法及關(guān)系法應(yīng)用，題目難度不大．