Question

Ⅰ．二氧化氯（ClO₂）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．工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生擬用如圖所示裝置模擬工業(yè)制取并收集ClO₂．
（1）A必須添加溫度控制裝置，除酒精燈、溫度計(jì)外，還需要的玻璃儀器有

 

．
（2）反應(yīng)后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知在溫度低于38℃時(shí)NaClO₂飽和溶液中析出晶體是NaClO₂?3H₂O，在溫度高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂．根據(jù)圖所示的NaClO₂的溶解度曲線，請(qǐng)補(bǔ)充從NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶體的操作步驟：①蒸發(fā)結(jié)晶；②

 

；③洗滌；④干燥．
（3）ClO₂很不穩(wěn)定，需隨用隨制，用水吸收得到ClO₂溶液．為測(cè)定所得溶液中ClO₂的濃度，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
①準(zhǔn)確量取ClO₂溶液V₁ mL加入到錐形瓶中，加適量蒸餾水稀釋，調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0．
②加入足量的KI晶體，靜置片刻．此時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：

 

；
③加入淀粉指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，至終點(diǎn)時(shí)消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL．則原ClO₂溶液的濃度為

 

mol/L（用含字母的代數(shù)式表示）．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）
Ⅱ．將由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2-、Cl^-組合形成的三種強(qiáng)電解質(zhì)溶液，分別裝入如圖裝置中的甲、乙、丙三個(gè)燒杯中進(jìn)行電解，電極均為石墨電極．

接通電源，經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加．常溫下各燒杯中溶液pH與電解時(shí)間t的關(guān)系如圖（忽略因氣體溶解帶來的影響）．據(jù)此回答下列問題：
（1）寫出乙燒杯中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

；
（2）電極f上發(fā)生的電極反應(yīng)為

 

；
（3）若經(jīng)過一段時(shí)間后，測(cè)得乙燒杯中c電極質(zhì)量增加了8g，要使丙燒杯中溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行的操作是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：氯、溴、碘及其化合物的綜合應(yīng)用,電解原理

專題：電化學(xué)專題,鹵族元素

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)需要的溫度介于60～100℃之間的要采用水浴加熱；
（2）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，根據(jù)題意溫度高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂來確定過濾的溫度；
（3）②二氧化氯具有氧化性，可以將碘離子氧化為碘單質(zhì)，據(jù)此書寫方程式；
③根據(jù)關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計(jì)算c（ClO₂）；
Ⅱ、乙中c電極質(zhì)量增加，說明c屬于陰極，所以d是陽(yáng)極，則M是負(fù)極，N是正極，f是陽(yáng)極，e是陰極，b是陽(yáng)極，a是陰極，根據(jù)電解后溶液pH的變化可知甲中的電解質(zhì)是NaCl，乙中的電解質(zhì)是CuSO₄，丙中的電解質(zhì)是Na₂SO₄，根據(jù)電解池的工作原理以及電子守恒來書寫電解方程式并進(jìn)行計(jì)算即可．

解答： 解：I．（1）KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)的反應(yīng)來制取目標(biāo)產(chǎn)物，需要的溫度介于60～100℃之間的要采用水浴加熱，所以還缺少盛水的裝置：燒杯，
故答案為：燒杯； 
（2）從溶液中制取溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，并且只有溫度高于38℃時(shí)析出晶體才是NaClO₂，所以要趁熱過濾，故答案為：趁熱過濾；
（3）②二氧化氯具有氧化性，可以將碘離子氧化為碘單質(zhì)，2ClO₂+8H⁺+10I^-═2Cl^-+5I₂+4H₂O，故答案為：2ClO₂+8H⁺+10I^-═2Cl^-+5I₂+4H₂O；
③設(shè)原ClO₂溶液的濃度為x，
2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
2           10
10^-3×xV₁    10^-3×cV₂
解得x=

cV2

5V1

，故答案為：

cV2

5V1

；
Ⅱ．乙中c電極質(zhì)量增加，說明c屬于陰極，所以d是陽(yáng)極，則M是負(fù)極，N是正極，f是陽(yáng)極，e是陰極，b是陽(yáng)極，a是陰極，根據(jù)電解后溶液pH的變化可知甲中的電解質(zhì)是NaCl，乙中的電解質(zhì)是CuSO₄，丙中的電解質(zhì)是Na₂SO₄，
（1）乙燒杯為電解硫酸銅溶液，反應(yīng)的總反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；       
（2）丙為電解硫酸鈉溶液，f為陽(yáng)極，電極f上發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）c電極質(zhì)量增加了8g，為Cu，n（Cu）=

8g

64g/mol

=0.125mol，轉(zhuǎn)移0.25mol電子，丙中發(fā)生2H₂O

通電  .

O₂↑+2H₂↑，轉(zhuǎn)移0.25mol電子應(yīng)消耗0.125mol水，質(zhì)量為0.125mol×18g/mol=2.25g，應(yīng)加入2.25g水可恢復(fù)到原來的濃度，
故答案為：向丙燒杯中加入2.25g水．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道綜合知識(shí)的考查題，涉及物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，電解池的工作原理等方面知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度大．