Question

11．二氧化氯（ClO₂）是極易溶于水且不與水發(fā)生化學反應的黃綠色氣體，沸點為10℃，可用于飲用水凈化．某小組在實驗室中探究ClO₂與Na₂S的反應．回答下列問題：
I．ClO₂的制備
己知：在強酸性溶液中用SO₂還原NaC1O₃能制備ClO₂．
（1）反應過程中圓底燒瓶內(nèi)會看到溶液中有一種白色固體析出，為了證明該物質(zhì)常采用的實驗操作及現(xiàn)象為：待實驗完成、圓底燒瓶冷卻后，將反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的試管里，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅．
（2）裝置B中反應的離子方程式為SO₂+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-．
（3）欲制備并收集ClO₂，選擇上圖中的裝置，其連接順序為a→g→h→b→c→e→f→d（按氣流方向，用小寫字母表示）
（4）裝置D的作用冷凝并收集ClO₂．
II．ClO₂與Na₂S的反應
（5）將上述收集到的ClO₂用N₂稀釋以增強其穩(wěn)定性，并將適量的稀釋后的ClO₂通 入圖2所示裝置中充分反應，得到無色澄清溶液．一段時間后，通過下列實驗探究I中反應的產(chǎn)物．

操作步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
取少量1中溶液于試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸．	品紅始終不褪色	①無SO2（或HSO3-或SO32-）生成
另取少量1中溶液于試管乙中，加入Ba（OH）2溶液，振蕩	②白色沉淀	有SO42-生成
③繼續(xù)在試管乙中滴加Ba（OH）2 溶液至過量，靜置，取上層清液于試管中，加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液．	有白色沉淀生成	有Cl-生成

（6）C1O₂與Na₂S反應的離子方程式為8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺．用于飲用水凈化時，ClO₂相對于Cl₂的優(yōu)點是ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍（任寫一條）．

Answer 1

分析 I．ClO₂ 的制備：裝置A中Cu與濃硫酸發(fā)生反應制備二氧化硫氣體，在裝置B中發(fā)生生成二氧化氯的反應，為防止倒吸，A與B之間連接裝置E，二氧化氯沸點較低，故在D中冰水浴收集，最后用氫氧化鈉吸收未反應完的二氧化硫，防止污染空氣，據(jù)此分析解答；
II．（5）①品紅不褪色，說明無SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
②硫酸鋇為白色沉淀；
③用硝酸酸化的硝酸銀可驗證氯離子；
（6）根據(jù)實驗可知ClO₂ 與 Na₂S 反應有氯離子、硫酸根離子的生成；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍．

解答 解：I．（1）裝置 A 中反應后所得白色固體可能是CuSO₄，可結(jié)合硫酸銅溶解于水得到藍色溶液，且濃硫酸稀釋時是將濃硫酸沿器壁注入水中，則可將反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的試管里，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅，故答案為：將反應后的混合物慢慢倒入盛有少量水的試管里，若固體溶解，溶液變藍，則白色固體為硫酸銅；
（2）裝置B中在酸性條件下，SO₂通入NaClO₃溶液中生成ClO₂，發(fā)生反應的離子方程式為，故答案為：SO₂+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-；
（3）二氧化硫從a進入裝置B中反應，為防止倒吸，故應在之前有安全瓶，則a→g→h，為反應充分，故再連接B裝置中的b，二氧化氯沸點較低，故在D中冰水浴收集，為充分冷卻，便于收集，故連接e，最后用氫氧化鈉吸收未反應完的二氧化硫，防止污染空氣，連接順序為：a→g→h→b→c→e→f→d；
故答案為：g→h→b→c→e→f→d；
（4）裝置D的作用為冷凝并收集ClO₂；
故答案為：冷凝并收集ClO₂；
II．（5）將適量的稀釋后的 ClO₂ 通入如圖2所示裝置中充分反應，得到無色澄清溶液，
①取少量I中溶液于試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸，品紅始終不褪色，說明溶液中無SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
故答案為：SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）；
②另取少量I中溶液于試管乙中，加入Ba（OH）₂溶液，振蕩，有SO₄^2-生成，硫酸根與鋇離子反應生成硫酸鋇白色沉淀；
故答案為：白色沉淀；
③結(jié)論為有Cl^-生成，有白色沉淀生成，氯化銀為不溶于酸的白色沉淀，檢驗氯離子，故操作為：繼續(xù)在試管乙中滴加Ba（OH）₂溶液至過量，靜置，取上層清液于試管丙內(nèi)加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；
故答案為：加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；
（6）由上述分析可知ClO₂ 與 Na₂S 反應有氯離子、硫酸根離子的生成，故發(fā)生的離子方程式為：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍；
故答案為：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果徹底，氧化產(chǎn)物硫酸根更穩(wěn)定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不會產(chǎn)生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO₂得到的電子數(shù)是氯氣的2.5倍．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究，涉及方程式的書寫，實驗裝置的連接等知識點，綜合性較強，側(cè)重于對學生將知識運用和解決問題的能力，題目難度中等．