Question

二氧化氯（ClO₂）是一種在水處理等方面有廣泛應(yīng)用的高效安全消毒劑．ClO₂是一種黃綠色的氣體，易溶于水．實(shí)驗(yàn)室以NH₄C1、鹽酸、NaClO₂（亞氯酸鈉）為原料制備ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黃色粘稠狀液體或斜方形晶體，極易爆炸，有類似氯氣的刺激性臭味，自然爆炸點(diǎn)為95℃，在熱水中易分解，在空氣中易揮發(fā)，不穩(wěn)定．②氣體Y能使?jié)駶櫟募t色石蕊底紙變藍(lán)．
回答下列問題：
（1）氣體X的化學(xué)式為

 

；
（2）寫出電解時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．為保證實(shí)驗(yàn)的安全，在電解時需注意的問題是：①控制好生成NCl₃的濃度；②

 

；
（3）NCl₃與NaClO₂（亞氯酸鈉）按物質(zhì)的量之比為1：6混合在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂，該反應(yīng)的離子方程式為

 

；
（4）實(shí)驗(yàn)室制取氣體Y的化學(xué)方程式為

 

；
（5）在用二氧化氯進(jìn)行水處理時，除了殺菌消毒外，還能除去水中Fe²⁺和Mn²⁺．寫出用ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂的離子方程式（同時ClO₂該反應(yīng)后的產(chǎn)物為ClO^-₂）

 

；
（6）測定ClO₂（如圖）的過程如下：在錐形瓶中加入足量的碘化鉀，用100mL水溶解后，再加3mL硫酸溶液；在玻璃液封管中加入水；將生成的ClO₂氣體通過導(dǎo)管在錐形瓶中被吸收；將玻璃封管中的水封液倒入錐形瓶中，加入幾滴淀粉溶液，用c mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-），共用去V mL硫代硫酸鈉溶液．

①ClO₂通入錐形瓶與酸性碘化鉀溶液反應(yīng)后被還原成Cl^-，反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
②裝置中玻璃液封管的作用是

 

、

 

．
③滴定至終點(diǎn)的現(xiàn)象是

 

．
④測得ClO₂的質(zhì)量m（ClO₂）=

 

．（用含c、V的代數(shù)式表示）

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題,實(shí)驗(yàn)設(shè)計題

分析：（1）電解NH₄Cl、鹽酸的溶液，氫離子放電生成氫氣；
（2）電解時銨根離子失去電子，氫離子得到電子；結(jié)合信息可知NCl₃防止分解及爆炸；
（3）NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6恰好反應(yīng)生成ClO₂，還生成氯化鈉、NaOH，結(jié)合電子守恒可知，Cl元素的化合價升高，則N元素化合價降低，還生成氨氣；
（4）由（3）可知，B為氨氣，實(shí)驗(yàn)室利用銨鹽與堿共熱生成氨氣；
（5）ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂，ClO₂反應(yīng)后的產(chǎn)物為ClO^-₂，以此書寫離子方程式；
（6）①由題目信息可知，ClO₂通入錐形瓶與酸性碘化鉀溶液反應(yīng)，氧化I^-為I₂，自身被還原為Cl^-，同時生成水；
②用水再次吸收殘余的二氧化氯氣體，并使錐形瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等；
③溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不褪色，說明滴定至終點(diǎn)；
④根據(jù)關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計算n（ClO₂），再根據(jù)m=nM計算m（ClO₂）．

解答： 解：（1）電解NH₄Cl、鹽酸的溶液，氫離子放電生成氫氣，則A為H₂，故答案為：H₂；
（2）電解時銨根離子失去電子，氫離子得到電子，電解反應(yīng)為NH₄Cl+2HCl

電解  .

3H₂↑+NCl₃，結(jié)合信息可知NCl₃防止分解及爆炸，則還應(yīng)控制好反應(yīng)的溫度，故答案為：NH₄Cl+2HCl

電解  .

3H₂↑+NCl₃；控制好反應(yīng)的溫度；
（3）NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6恰好反應(yīng)生成ClO₂，還生成氯化鈉、NaOH，結(jié)合電子守恒可知，Cl元素的化合價升高，則N元素化合價降低，還生成氨氣，則該反應(yīng)的離子反應(yīng)為NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，故答案為：NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑；
（4）由（3）可知，B為氨氣，實(shí)驗(yàn)室利用銨鹽與堿共熱生成氨氣，該反應(yīng)為2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（5）ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂，ClO₂反應(yīng)后的產(chǎn)物為ClO^-₂，該反應(yīng)的離子方程式為Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O=MnO₂↓+2ClO^-₂+4H⁺，故答案為：Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O=MnO₂↓+2ClO^-₂+4H⁺；
（6）①由題目信息可知，ClO₂通入錐形瓶與酸性碘化鉀溶液反應(yīng)，氧化I^-為I₂，自身被還原為Cl^-，同時生成水，反應(yīng)離子方程式為2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．故答案為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
②裝置中玻璃液封管的作用是，用水再次吸收殘余的二氧化氯氣體，并使錐形瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等，故答案為：用水再次吸收殘余的二氧化氯氣體；使錐形瓶內(nèi)外壓強(qiáng)相等；
③溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不褪色，說明滴定至終點(diǎn)，故答案為：溶液由藍(lán)色恰好變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不褪色；
④VmLNa₂S₂O₃溶液含有Na₂S₂O₃物質(zhì)的量為V?10^-3 L×cmol/L=c?V?10^-3 mol．則：
根據(jù)關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃，
           2           10
           n（ClO₂）   c?V?10^-3 mol
所以n（ClO₂）=

1

5

c?V?10^-3 mol．
所以m（ClO₂）=

1

5

c?V?10^-3 mol×67.5g/mol=1.35cv×10^-2g，
故答案為：1.35cv×10^-2g．

點(diǎn)評：本題考查物質(zhì)的制備，明確流程中發(fā)生的電解反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，題目難度較大，注意信息的應(yīng)用及流程的分析，（3）為解答的難點(diǎn)．