Question

3．二氧化氯（ClO₂）是一種高效消毒劑，在60℃時(shí)用氯酸鉀與草酸（中強(qiáng)酸）反應(yīng)可制備二氧化氯，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．已知：通常情況下，二氧化氯的沸點(diǎn)為11.0℃，極易爆炸，制取和使用二氧化氯時(shí)要用性質(zhì)確定的氣體稀釋，以防爆炸，回答下列問題：
（1）裝置A中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．裝置A中還需使用的玻璃儀器是溫度計(jì)，其作用是
控制水浴加熱溫度為60℃．
（2）裝置B用冰水浴的原因是常溫下二氧化氯為氣態(tài)，用冰水將其冷凝為液態(tài)，以防爆炸．
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，裝置C的溶液中除了會(huì)產(chǎn)生少量Na₂CO₃外還會(huì)生成等物質(zhì)的量的另外兩種鈉鹽，其中一種為
NaClO₂，則另一種鈉鹽的化學(xué)式為NaClO₃．
（4）已知NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂，請補(bǔ)充從NaClO₂溶液中制得NaClO₂•3H₂O的操作步驟：
a．（減壓）蒸發(fā)濃縮；
b．低于38℃時(shí)冷卻結(jié)晶．
c．過濾、洗滌；
d．干燥．
（5）工業(yè)上常用原酸或雙氧水還原氯酸鈉制備ClO₂，用H₂O₂制備的ClO₂比用鹽酸制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒，其主要原因是H₂O₂作還原劑時(shí)氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸作還原劑時(shí)產(chǎn)生大量Cl₂．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)流程為在60℃時(shí)利用氯酸鉀與草酸（中強(qiáng)酸）反應(yīng)制備二氧化氯，并同時(shí)生成K₂CO₃和CO₂等，為有效控制溫度可使用水浴加熱的方式，根據(jù)二氧化氯的沸點(diǎn)為11.0℃，易液化，可選擇B裝置冷卻降溫收集ClO₂，考慮到ClO₂極易爆炸，制取和使用二氧化氯時(shí)要用性質(zhì)確定的氣體如氮?dú)庀♂�，以防爆炸，并利用NaOH吸收含ClO₂的尾氣，防止環(huán)境污染，據(jù)此分析解題；
（1）裝置A中氯酸鉀與草酸（中強(qiáng)酸）反應(yīng)得到二氧化氯，并同時(shí)生成K₂CO₃和CO₂等，可根據(jù)質(zhì)量守恒和原子守恒書寫方程式；反應(yīng)需要控制溫度為60℃，測定儀器為溫度計(jì)；
（2）裝置B用冰水浴的目的是降溫，使ClO₂液化，防止氣態(tài)ClO₂爆炸；
（3）用NaOH吸收含有ClO₂的尾氣，產(chǎn)生之一為NaClO₂，可見發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，可結(jié)合電子守恒和原子守恒判斷產(chǎn)物；
（4）根據(jù)NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂•3H₂O，在溫度高于38℃時(shí)析出的晶體是NaClO₂，故從NaClO₂溶液中制得NaClO₂•3H₂O需要在低溫下進(jìn)行，可選擇減壓蒸發(fā)并低溫冷卻結(jié)晶，最后過濾、洗滌、干燥得到NaClO₂•3H₂O；
（5）鹽酸或雙氧水均能還原氯酸鈉制備ClO₂，但H₂O₂的氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸的氧化產(chǎn)物為氯氣，對環(huán)境有污染，據(jù)此判斷選擇．

解答 解：實(shí)驗(yàn)流程為在60℃時(shí)利用氯酸鉀與草酸（中強(qiáng)酸）反應(yīng)制備二氧化氯，并同時(shí)生成K₂CO₃和CO₂等，為有效控制溫度可使用水浴加熱的方式，根據(jù)二氧化氯的沸點(diǎn)為11.0℃，易液化，可選擇B裝置冷卻降溫收集ClO₂，考慮到ClO₂極易爆炸，制取和使用二氧化氯時(shí)要用性質(zhì)確定的氣體如氮?dú)庀♂專�以防爆炸，并利用NaOH吸收含ClO₂的尾氣，防止環(huán)境污染．
（1）裝置A中氯酸鉀與草酸（中強(qiáng)酸）反應(yīng)制備二氧化氯，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；可利用溫度計(jì)測定水浴溫度，達(dá)到控制溫度為60℃的目的，故答案為：2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；溫度計(jì)；控制水浴加熱溫度為60℃；
（2）保用裝置B的目的是為防止氣態(tài)ClO₂爆炸，利用冰水浴降溫，使ClO₂液化，故答案為：常溫下二氧化氯為氣態(tài)，用冰水將其冷凝為液態(tài)，以防爆炸；
（3）用NaOH吸收ClO₂，產(chǎn)物NaClO₂為還原產(chǎn)物，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，另一產(chǎn)物為氧化產(chǎn)物，NaClO₂中氯為+3，從+4到+3降1價(jià)，則氧化產(chǎn)物從+4升高一價(jià)為+5價(jià)，此時(shí)得到的二種產(chǎn)物才等物質(zhì)的量，也滿足電子守恒，即所得產(chǎn)物為NaClO₃，故答案為：NaClO₃；
（4）防止析出的晶體是NaClO₂，采用減壓蒸發(fā)并低溫冷卻結(jié)晶，最后過濾、洗滌、干燥得到NaClO₂•3H₂O；故答案為：（減壓）蒸發(fā)濃縮；低于38℃時(shí)冷卻結(jié)晶；
（5）H₂O₂的氧化產(chǎn)物為O₂，鹽酸的氧化產(chǎn)物為氯氣，對環(huán)境有污染，則選擇用H₂O₂制備的ClO₂比用鹽酸制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒，故答案為：H₂O₂作還原劑時(shí)氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸作還原劑時(shí)產(chǎn)生大量Cl₂．

點(diǎn)評 本題是物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)探究分析，考查制備原理分析、混合物的分離提純、實(shí)驗(yàn)條件選擇等，屬基礎(chǔ)考查，對提高學(xué)生分析問題解決問題的能力有促進(jìn)作用，難度適中．