Question

用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質(zhì)量為166g?mol^-1）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

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，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：

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

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),氯、溴、碘及其化合物的綜合應(yīng)用,性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：鹵族元素

分析：（1）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，設(shè)質(zhì)量均為m，消毒效率分別為

m

67.5

×5、

m

166

×3、

m

71

×2×1；
（2）高鐵酸根離子具有強(qiáng)氧化性，所以能殺菌消毒，高鐵酸根離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氧氣，同時(shí)生成氫氧化鐵，氫氧化鐵具有吸附性；
（3））①由題中給出的反應(yīng)物和生成物寫出總的離子方程式再疊減第一步的離子方程式得出第二步的離子方程式；
②Cl^-為反應(yīng)的催化劑；
③結(jié)合反應(yīng)的方程式計(jì)算；
（4）①二氧化氯的沸點(diǎn)低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應(yīng)降低溫度；
②C為尾氣吸收裝置，可選擇堿來(lái)吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）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，設(shè)質(zhì)量均為m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率分別為

m

67.5

×5、

m

166

×3、

m

71

×2×1，所以由大到小的順序?yàn)镃lO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄，故答案為：ClO₂；Cl₂；Na₂FeO₄；
（2）高鐵酸根離子具有強(qiáng)氧化性，所以能殺菌消毒，高鐵酸根離子和水反應(yīng)生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性是，所以能凈水，反應(yīng)方程式為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑；
（3）①由題中給出的反應(yīng)物和生成物寫出總的離子方程式再疊減第一步的離子方程式得出第二步的離子方程式為CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②通過分析離子方程式得出，Cl^-沒有參加反應(yīng)，作為催化劑，故答案為：催化劑；
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，（一般用硫酸酸化）涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式為①CH₃OH+6NaClO₃+3H₂SO₄→6ClO₂+CO₂+3Na₂SO₄+5H₂O，生產(chǎn)中會(huì)發(fā)生副反應(yīng)②ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，生成氣體為ClO₂、CO₂和Cl₂，若測(cè)得反應(yīng)后的混合氣體中Cl₂的體積分?jǐn)?shù)為

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，由①可知，如ClO₂為60mol，則CO₂為10mol，Cl₂為3mol，則需要10molCH₃OH，（60+1）molNaClO₃，則二者體積之比為10：61=1：6.1，
故答案為：1：6.1；
（4）①二氧化氯的沸點(diǎn)低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應(yīng)補(bǔ)充（冰水）冷凝裝置，故答案為：（冰水）冷凝；
②C為尾氣吸收裝置，可選擇NaOH溶液來(lái)吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)為2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O，
故答案為：NaOH溶液；2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題以氯及其化合物的性質(zhì)考查氧化還原反應(yīng)及物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，把握習(xí)題中的信息及知識(shí)遷移應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生綜合應(yīng)用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．