Question

6．二氧化氯是一種黃綠色到橙黃色的氣體，被國(guó)際上公認(rèn)為安全、低毒的綠色消毒劑，近幾年我國(guó)用ClO₂代替氯氣對(duì)飲用水進(jìn)行消毒．
（1）在進(jìn)行飲用水消毒時(shí)，ClO₂可將水中的Fe²⁺、Mn²⁺等轉(zhuǎn)化成Fe（OH）₃和MnO₂等難溶物除去，據(jù)此說(shuō)明ClO₂具有氧化性．
（2）科學(xué)家研究出的一種新的制備ClO₂的方法，在酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），請(qǐng)完成該離子反應(yīng)方程式并配平：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O．
（3）液氯也常用作自來(lái)水消毒，則相同物質(zhì)的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂后者的2.5倍．（消毒效率指單位物質(zhì)的量得電子數(shù)）
（4）自來(lái)水廠用ClO₂處理后的水中，要求ClO₂的濃度在0.1～0.8mg•L^-1之間．碘量法可以檢測(cè)水中ClO₂的濃度，步驟如下：
操作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(diào)至中性，并加入淀粉溶液，溶液變藍(lán)．
操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
操作Ⅲ：加硫酸調(diào)節(jié)水樣pH至1～3．
操作時(shí)，不同pH環(huán)境中粒子種類如圖所示：
請(qǐng)回答：
①操作Ⅰ中反應(yīng)的離子方程式是2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂．
②確定操作Ⅱ完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色恰好消失．
③在操作Ⅲ過(guò)程中，溶液又呈藍(lán)色，反應(yīng)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(shí)消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，則水樣中ClO₂的濃度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）結(jié)合氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等，判斷ClO₂中Cl元素化合價(jià)變化，元素化合價(jià)升高表現(xiàn)還原性，元素化合價(jià)降低表現(xiàn)氧化性；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），發(fā)生氧化還原反應(yīng)，遵循電子、電荷守恒；
（3）設(shè)物質(zhì)的量均為1mol，則ClO₂、Cl₂的轉(zhuǎn)化為Cl^-得到電子分別為5mol、2mol；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂與KI發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，發(fā)生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，藍(lán)色消失；
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，ClO₂^-將I^-氧化成I，生成的I₂與淀粉結(jié)合再次出現(xiàn)藍(lán)色，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等、原子守恒和電荷守恒來(lái)配平；
④根據(jù)關(guān)系S₂O₃^2-～I(xiàn)^-～ClO₂先計(jì)算出ClO₂的物質(zhì)的量，然后再計(jì)算出濃度．

解答 解：（1）反應(yīng)中Fe元素、Mn元素化合價(jià)升高，根據(jù)化合價(jià)升降相等，ClO₂中Cl元素化合價(jià)降低，表現(xiàn)氧化性，
故答案為：氧化；
（2）酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）還原氯酸鈉（NaClO₃），離子反應(yīng)為H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O，遵循電荷、電子守恒，
故答案為：H₂C₂O₄+2ClO₃^-+2H⁺=2CO₂↑+2ClO₂↑+2H₂O；
（3）設(shè)物質(zhì)的量均為1mol，則ClO₂、Cl₂的轉(zhuǎn)化為Cl^-得到電子分別為5mol、2mol，則相同物質(zhì)的量的ClO₂的消毒效率是Cl₂的$\frac{5mol}{2mol}$=2.5倍，
故答案為：2.5；
（4）①操作Ⅰ中ClO₂與KI發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)為2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂，
故答案為：2ClO₂+2I^-═2ClO₂+I₂；
②操作Ⅱ：加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，發(fā)生2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，藍(lán)色消失，則確定操作Ⅱ完全反應(yīng)的現(xiàn)象是藍(lán)色恰好消失，
故答案為：藍(lán)色恰好消失；
③由圖示表明，pH至1～3時(shí)，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(xiàn)^-～ClO₂
                1           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(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)含量的測(cè)定，為高頻考點(diǎn)，把握發(fā)生的氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)的計(jì)算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，題目難度中等．