Question

二氧化氯(ClO₂)是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂。与Cl₂相比, ClO₂不但具有更显著的杀菌能力, 而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。

（1）在ClO₂ 的制备方法中, 有下列两种常用制备方法:

方法一:2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O

方法二:2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂↑+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O

①方法一中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________________，其中方法二制备的ClO₂ 更适合用于饮用水的消毒, 其主要原因是             。

（2）我国最近成功研制出制取ClO₂ 的新方法, 其反应的微观过程如图甲所示:

该反应的化学方程式为                    。

（3）消毒时, ClO₂对污水中Fe^2＋、Mn^2＋、S^2－和CN^— 等有明显的去除效果.某工厂污水中含CN^—,现用ClO₂将CN^—氧化,生成两种无毒气体,其离子反应方程式为                    。

（4）自来水厂用ClO₂ 处理后的水中, 要求ClO₂ 的浓度在0. 1~0. 8mg/L之间。碘量法可以检测水中ClO₂ 的浓度,步骤如下:

Ⅰ. 取一定体积的水样用氢氧化钠溶液调至中性, 然后加入一定量的碘化钾, 并加入淀粉溶液, 溶液变蓝。

Ⅱ. 加入一定量的Na₂S₂O₃ 溶液。(已知: 2S₂O₃^2- +I₂ =S₄O₆^2- +2I ^- )

Ⅲ. 重复上述操作2~3次。

操作时, 不同pH环境中粒子种类如上图所示:

请回答:

①操作Ⅰ中反应的离子方程式是             ;

②确定操作Ⅱ恰好完全反应的现象是              ;

③若水样的体积为1. 0 L, 在操作Ⅱ时消耗了1. 0×10 ^-3 mol/L的Na ₂ S ₂ O ₃ 溶液10 mL, 则水样中ClO₂ 的浓度是          mg/L。

Answer

（1）1：1 方法二制备的ClO2中不含Cl2

（2）Cl2+2NaClO2=2NaCl+2ClO2

（3）2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl-

（4）①2ClO2+2I-=2ClO2-+I2

②锥形瓶溶液由蓝色变为无色，且半分钟不复原 ③0.675

【解析】

试题分析：（1）在方法一中，2NaClO3 +4HCl = 2ClO2 ↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O，NaClO3中Cl元素化合价由+5价降低到+4价，作氧化剂，HCl中有一半Cl元素由-1价升高到0价，作还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:2=1:1；方法二中制备的ClO2中不含Cl2 ，所以方法二制备的ClO2 更适合用于饮用水的消毒。

（2）根据反应的微观过程示意图可写出该反应的化学方程式为Cl2+2NaClO2=2NaCl+2ClO2 。

（3）用ClO2将CN—氧化,生成两种无毒气体，该气体为氮气和二氧化碳，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平，离子反应方程式为2ClO2+2CN-=N2↑+ 2CO2↑+2Cl-。

（4）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO2，ClO2将加入的碘化钾氧化为I2，自身被还原成ClO2-，离子方程式为：2ClO2+2I-=2ClO2- + I2 ；

②加入一定量 Na2S2O3 溶液，发生反应2S2O32-+I2═S4O62-+2I-，使I2还原为I-，蓝色会消失，所以确定操作Ⅱ恰好完全反应的现象是锥形瓶溶液由蓝色变为无色，且半分钟不复原；

③由化学反应得关系式：

S2O32-～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

由于水样为 1L，所以 ClO2 的浓度为0.675mg÷1L=0.675 mg•L-1。

考点：考查氧化还原反应，化学方程式和离子方程式的书写，化学计算等知识。