Question

用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質量為166g?mol^-1）等新型凈水劑替代傳統的凈水劑Cl₂對淡水進行消毒是城市飲用水處理新技術．ClO₂和Na₂FeO₄在水處理過程中分別被還原為Cl^-和Fe³⁺．
（1）如果以單位質量的氧化劑所得到的電子數來表示消毒效率，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溶于水會放出一種無色無味氣體，其殺菌消毒、吸附水中的懸浮雜質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，同時產生CO₂氣體，已知該反應分為兩步進行，第一步為2ClO₃^-+2Cl^-+4H⁺=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O．
①寫出第二步反應的離子方程式

 

．
②工業(yè)生產時需在反應物中加少量Cl^-，其作用是

 

．
③生產中會發(fā)生副反應ClO₃^-+Cl^-+H⁺-Cl₂↑+H₂O（未配平），若測得反應后的混合氣體中Cl₂的體積分數為

3

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，則起始投料時CH₃OH與NaClO₃的物質的量之比為

 

．
（4）已知二氧化氯是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為-59℃，沸點為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℃時反應制得．某學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．請問：

①A部分還應添加溫度控制（如水浴加熱）裝置，B部分還應補充什么裝置

 

；
②C中應裝的試劑為

 

．C中發(fā)生反應的化學方程式為：

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,氯、溴、碘及其化合物的綜合應用,性質實驗方案的設計

專題：鹵族元素

分析：（1）以單位質量的氧化劑所得到的電子數來表示消毒效率，設質量均為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)生氧化還原反應生成氧氣，同時生成氫氧化鐵，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^-為反應的催化劑；
③結合反應的方程式計算；
（4）①二氧化氯的沸點低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應降低溫度；
②C為尾氣吸收裝置，可選擇堿來吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應．

解答： 解：（1）以單位質量的氧化劑所得到的電子數來表示消毒效率，設質量均為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為ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄，故答案為：ClO₂；Cl₂；Na₂FeO₄；
（2）高鐵酸根離子具有強氧化性，所以能殺菌消毒，高鐵酸根離子和水反應生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性是，所以能凈水，反應方程式為：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，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，同時產生CO₂氣體，（一般用硫酸酸化）涉及反應的化學方程式為①CH₃OH+6NaClO₃+3H₂SO₄→6ClO₂+CO₂+3Na₂SO₄+5H₂O，生產中會發(fā)生副反應②ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，生成氣體為ClO₂、CO₂和Cl₂，若測得反應后的混合氣體中Cl₂的體積分數為

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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）①二氧化氯的沸點低，B為ClO₂的凝集裝置，B裝置應補充（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溶液來吸收尾氣，發(fā)生氧化還原反應為2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O，
故答案為：NaOH溶液；2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O．

點評：本題以氯及其化合物的性質考查氧化還原反應及物質的制備實驗，把握習題中的信息及知識遷移應用為解答的關鍵，側重學生綜合應用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．