Question

【題目】用二氧化氯（ClO2）、鐵酸鈉（Na2FeO4摩爾質(zhì)量為166g/mol）等新型凈水劑替代傳統(tǒng)的凈水劑Cl2對(duì)淡水進(jìn)行消毒是城市飲用水處理新技術(shù)．ClO2和Na2FeO4在水處理過(guò)程中分別被還原為Cl﹣和Fe3+ ．
（1）如果以單位質(zhì)量的氧化劑所得到的電子數(shù)來(lái)表示消毒效率，那么，ClO2、Na2FeO4、Cl2三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是＞＞ ．
（2）Na2FeO4溶于水會(huì)放出一種無(wú)色無(wú)味氣體，其殺菌消毒、吸附水中的懸浮雜質(zhì)的原理可用離子方程式表示為 ．
（3）工業(yè)以CH3OH與NaClO3為原料在酸性條件下制取ClO2 ， 同時(shí)產(chǎn)生CO2氣體，已知該反應(yīng)分為兩步進(jìn)行，第一步為2ClO3﹣+2Cl﹣+4H+=2ClO2↑+Cl2↑+2H2O．①寫出第二步反應(yīng)的離子方程式 ．
②工業(yè)生產(chǎn)時(shí)需在反應(yīng)物中加少量Cl﹣ ， 其作用是 ．
③生產(chǎn)中會(huì)發(fā)生副反應(yīng)ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O（未配平），若測(cè)得反應(yīng)后的混合氣體中Cl2的體積分?jǐn)?shù)為3/73，則起始投料時(shí)CH3OH與NaClO3的物質(zhì)的量之比為 ．
（4）已知二氧化氯是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點(diǎn)為﹣59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水．ClO2也可以看做是亞氯酸（HClO2）和氯酸（HClO3）的混合酸酐．工業(yè)上用稍潮濕的KClO3和草酸在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生用如圖所示的裝置模擬工業(yè)制取及收集ClO2 ， 其中A為ClO2的發(fā)生裝置，B為ClO2的凝集裝置，C為尾氣吸收裝置．請(qǐng)問(wèn)：①A部分還應(yīng)添加溫度控制（如水浴加熱）裝置，B部分還應(yīng)補(bǔ)充什么裝置；
②C中應(yīng)裝的試劑為 ． C中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為： ．

Answer 1

【答案】
（1）ClO2；Cl2；Na2FeO4
（2）4FeO42﹣+10H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑
（3）CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；催化劑；1：6.1
（4）（冰水）冷凝；NaOH溶液；2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O
【解析】解：（1）ClO2、Na2FeO4、Cl2三種消毒殺菌劑的消毒效率分別是ClO2：67.5g÷5mol=13.5g/mol；Na2FeO4：166g÷3mol=55.33g/mol；Cl2：71g/2mol=35.5g/mol．所以三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是ClO2＞Cl2＞Na2FeO4；故答案為：ClO2＞Cl2＞Na2FeO4；（2）根據(jù)題意可得Na2FeO4把H2O氧化為O2 ， 氧氣殺菌消毒，它本身被還原為Fe3+ ． Fe3+水解產(chǎn)生Fe（OH）3膠體吸附水中的懸浮物質(zhì)．從而凈化了水．該反應(yīng)的離子方程式為：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；故答案為：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；（3）①甲醇與氯氣在水溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化氫和二氧化碳，所以第二步反應(yīng)的離子方程式為：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；故答案為：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；②由①中的兩個(gè)反應(yīng)方程式可以看出若轉(zhuǎn)移相同的電子，Cl﹣的消耗與產(chǎn)生量相等．之所以在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)要在反應(yīng)物中加少量Cl﹣ ， 是因?yàn)镃l﹣起作催化劑作用；故答案為：催化劑；③將第一步與第二步的方程式疊加可得總方程式：6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O．將副反應(yīng)ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O配平可得：ClO3﹣+5Cl﹣+6H+=3Cl2↑+3H2O若測(cè)得反應(yīng)后的混合氣體中Cl2的體積分?jǐn)?shù)為3/73，假設(shè)氣體的總物質(zhì)的量為73mol，則Cl2為3mol；CO2和ClO2總物質(zhì)的量為70mol．產(chǎn)生3mol的Cl2消耗NaClO3的物質(zhì)的量1mol；根據(jù)方程式6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O可知產(chǎn)生CO2和ClO2總物質(zhì)的量為70mol消耗CH3OH的物質(zhì)的量為10mol；消耗 NaClO3的物質(zhì)的量為60mol．所以共消耗CH3OH的物質(zhì)的量為10mol；消耗 NaClO3的物質(zhì)的量為60mol+3mol=61mol．因此起始投料時(shí)CH3OH與NaClO3的物質(zhì)的量之比為10：61=1：6.1；
故答案為：1：6.1；（4）①因?yàn)镃lO2的沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)，所以B部分還應(yīng)補(bǔ)充的裝置是冷凝裝置．可以用冰水進(jìn)行降溫；故答案為：（冰水）冷凝；②C為尾氣吸收裝置，由于ClO2能與堿發(fā)生反應(yīng)，所以通常用NaOH溶液來(lái)吸收．反應(yīng)的方程式為：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O；故答案為：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O．
（1）依據(jù)取1molClO2、Cl2、Na2FeO4 ， 分別計(jì)算在氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)變化數(shù)目判斷解答；（2）Na2FeO4把H2O氧化為O2 ， 氧氣殺菌消毒，它本身被還原為Fe3+ ． Fe3+水解產(chǎn)生Fe（OH）3膠體吸附水中的懸浮物質(zhì)．從而凈化了水，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；（3）①甲醇與氯氣在水溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化氫和二氧化碳；②由①中的兩個(gè)反應(yīng)方程式可以看出若轉(zhuǎn)移相同的電子，Cl﹣的消耗與產(chǎn)生量相等，結(jié)合催化劑的概念解答；③將第一步與第二步的方程式疊加可得總方程式：6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O．將副反應(yīng)ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O配平可得：ClO3﹣+5Cl﹣+6H+=3Cl2↑+3H2O若測(cè)得反應(yīng)后的混合氣體中Cl2的體積分?jǐn)?shù)為3/73，假設(shè)氣體的總物質(zhì)的量為73mol，則Cl2為3mol；CO2和ClO2總物質(zhì)的量為70mol．產(chǎn)生3mol的Cl2消耗NaClO3的物質(zhì)的量1mol；根據(jù)方程式6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O可知產(chǎn)生CO2和ClO2總物質(zhì)的量為70mol消耗CH3OH的物質(zhì)的量為10mol；消耗 NaClO3的物質(zhì)的量為60mol，據(jù)此計(jì)算解答；（4）①依據(jù)ClO2的沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)的性質(zhì)解答；
②C為尾氣吸收裝置，由于ClO2能與堿發(fā)生反應(yīng)，所以通常用NaOH溶液來(lái)吸收，二者反應(yīng)生成NaClO2、NaClO3、H2O．