Question

3．ClO₂氣體是一種在水處理等方面有廣泛應用的高效安全消毒劑．我國從2000年起逐步用ClO₂代替氯氣對飲用水進行消毒．
（1）消毒水時，ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，說明ClO₂具有氧化性．
（2）工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，該反應的化學方程式為Cl₂ +2NaClO₂ =2NaCl+2ClO₂．工業(yè)上還可在80℃時電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，然后與鹽酸反應得到ClO₂．電解時，NaClO₃在（填陰或陽）陽極生成，生成ClO₃^-的電極反應式為Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-．
（3）自來水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg/L之間．碘量法可以檢測水中ClO₂的濃度，步驟如下：
Ⅰ．取一定體積的水樣，加入一定量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═+2I^-）
Ⅲ．加硫酸調節(jié)水樣pH至1～3．
操作時，不同pH環(huán)境中粒子種類如右圖所示．
①操作工中反應的離子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②確定操作Ⅱ完全反應的現(xiàn)象是藍色消失，半分鐘內不變色．
③在操作Ⅲ過程中，溶液又呈藍色，反應的離子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水樣的體積為1.0L，在操作Ⅱ時消耗了1.0×10^-3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg/L．

Answer 1

分析 （1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，F(xiàn)e、Mn元素的化合價升高，則Cl元素的化合價降低；
（2）ClO₂是一種新的消毒劑，工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，結合原則守恒和電子守恒寫出該反應的化學方程，工業(yè)上還可用下列方法制備ClO₂，在80℃時電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，氯離子失電子在陽極生成氯酸根離子；
（3）①用氫氧化鈉溶液調至中性，由圖知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-；
③由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂與淀粉結合再次出現(xiàn)藍色，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來配平；
④根據(jù)關系S₂O₃^2-～I^-～ClO₂先計算出ClO₂的物質的量，然后再計算出濃度．

解答 解：（1）ClO₂還可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，F(xiàn)e、Mn元素的化合價升高，則Cl元素的化合價降低，可說明ClO₂具有氧化性，
故答案為：氧化；
（2）ClO₂是一種新的消毒劑，工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，結合原則守恒和電子守恒寫出該反應的化學方程Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂，工業(yè)上還可用下列方法制備ClO₂，在80℃時電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，氯離子失電子在陽極生成氯酸根離子，電極反應為：Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-，
故答案為：Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂；陽； Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-；
（3）①用氫氧化鈉溶液調至中性，由圖知，此條件下粒子種類為 ClO₂，ClO₂將加入的碘化鉀氧化為I₂，自身被還原成ClO₂^-，離子方程式為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，故答案為：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，發(fā)生反應2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂還原為I^-，故藍色會消失，故答案為：藍色消失，半分鐘內不變色；
③由圖示表明，pH至1～3時，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂，離子方程式為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，故答案為：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～～～～I^-～～～ClO₂
     1                          1
1.0×10^-3 mol/L×0.01L       1.0×10^-5mol
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水樣為 1L，所以 ClO₂ 的濃度為$\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案為：0.675．

點評 本題考查了物質含量的測定、氧化還原反應、離子方程式的書寫、有關方程式的計算，題目綜合性較強，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力和計算能力，題目難度中等，注意把握物質含量的測定方法．