Question

3．世界環(huán)保聯(lián)盟建議全面禁止使用氯氣用于飲用水的消毒，而建議采用高效“綠色”消毒劑二氧化氯．二氧化氯是一種極易爆炸的強(qiáng)氧化性氣體，易溶于水、不穩(wěn)定、呈黃綠色，在生產(chǎn)和使用時(shí)必須盡量用稀有氣體進(jìn)行稀釋，同時(shí)需要避免光照、震動(dòng)或加熱．實(shí)驗(yàn)室以電解法制備ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黃色黏稠狀液體或斜方形晶體，極易爆炸，有類似氯氣的刺激性氣味，自然爆炸點(diǎn)為95℃，在熱水中易分解，在空氣中易揮發(fā)，不穩(wěn)定．②氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)．
回答下列問(wèn)題：
（1）電解時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑．實(shí)驗(yàn)室制備氣體B的化學(xué)方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；為保證實(shí)驗(yàn)的安全，在電解時(shí)需注意的問(wèn)題是：①控制好生成NCl₃的濃度；②控制好反應(yīng)溫度．
（2）NCl₃與NaClO₂（亞氯酸鈉）按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂，該反應(yīng)的離子方程式為NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-．
（3）ClO₂很不穩(wěn)定，需隨用隨制，產(chǎn)物用水吸收得到ClO₂溶液．為測(cè)定所得溶液中ClO₂的含量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
步驟1：準(zhǔn)確量取ClO₂溶液10mL，稀釋成100mL試樣；
步驟2：量取V₁ mL試樣加入到錐形瓶中，調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，搖勻，在暗處?kù)o置30min．
步驟3：以淀粉溶液作指示劑，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．（已知I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①上述步驟3中滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且30s內(nèi)不變色；
②根據(jù)上述步驟可計(jì)算出原ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 NH₄Cl溶液中加入鹽酸進(jìn)行電解得到NCl₃，結(jié)合元素守恒可知，生成的氣體A為H₂，NCl₃溶液中加入NaClO₂溶液，得到ClO₂與氣體B，氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，則B為NH₃．
（1）由上述分析可知，電解發(fā)生反應(yīng)：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；實(shí)驗(yàn)室用氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下制備氨氣，反應(yīng)生成氯化鈣、氨氣與水；
由題目信息可知，NCl₃極易爆炸，盡量用稀有氣體進(jìn)行稀釋，在熱水中易分解，電解中應(yīng)注意：控制好生成NCl₃的濃度，控制好反應(yīng)溫度；
（2）NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂與NH₃，由氫元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，1molNCl₃得到1molNH₃，由ClO₂^-、ClO₂中Cl原子與O原子之比均為1：2，結(jié)合電荷守恒可知，反應(yīng)還生成NaCl與NaOH；
（3）①碘反應(yīng)完畢，加入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，溶液藍(lán)色褪去；
②ClO₂與I^-反應(yīng)得到Cl^-與I₂，由電子轉(zhuǎn)移守恒及已知反應(yīng)，可得關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，據(jù)此計(jì)算V₁ mL試樣中ClO₂的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算100mL溶液中ClO₂的物質(zhì)的量，再結(jié)合m=nM計(jì)算原10mL溶液中ClO₂的濃度．

解答 解：NH₄Cl溶液中加入鹽酸進(jìn)行電解得到NCl₃，結(jié)合元素守恒可知，生成的氣體A為H₂，NCl₃溶液中加入NaClO₂溶液，得到ClO₂與氣體B，氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，則B為NH₃．
（1）由上述分析可知，電解發(fā)生反應(yīng)：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；實(shí)驗(yàn)室用氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下制備氨氣，反應(yīng)生成氯化鈣、氨氣與水，反應(yīng)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
由題目信息可知，NCl₃極易爆炸，盡量用稀有氣體進(jìn)行稀釋，在熱水中易分解，電解中應(yīng)注意：控制好生成NCl₃的濃度，控制好反應(yīng)溫度；
故答案為：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$NCl₃+3H₂↑；2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；控制好反應(yīng)溫度；
（2）NCl₃與NaClO₂按物質(zhì)的量之比為1：6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO₂與NH₃，由氫元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，1molNCl₃得到1molNH₃，由ClO₂^-、ClO₂中Cl原子與O原子之比均為1：2，結(jié)合電荷守恒可知，反應(yīng)還生成NaCl與NaOH，反應(yīng)離子方程式為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
故答案為：NCl₃+6ClO₂^-+3H₂O=6ClO₂↑+NH₃↑+3Cl^-+3OH^-，
（3）①碘反應(yīng)完畢，加入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，溶液藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且30s內(nèi)不變色，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)，
故答案為：溶液藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且30s內(nèi)不變色；
②ClO₂與I^-反應(yīng)得到Cl^-與I₂，由電子轉(zhuǎn)移守恒及已知反應(yīng)，可得關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，則V₁ mL試樣中ClO₂的物質(zhì)的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$，故100mL溶液中ClO₂的物質(zhì)的量為為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{{100mL}_{\;}}{{V}_{1}mL}$，故原10mL溶液中ClO₂的質(zhì)量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{{100mL}_{\;}}{{V}_{1}mL}$×68.5g/mol，
濃度．
ClO₂與I^-反應(yīng)得到Cl^-與I₂，由電子轉(zhuǎn)移守恒及已知反應(yīng)，可得關(guān)系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，則V₁ mL試樣中ClO₂的物質(zhì)的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$，故100mL溶液中ClO₂的物質(zhì)的量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{{100mL}_{\;}}{{V}_{1}mL}$，故原10mL溶液中ClO₂的質(zhì)量為c mol/L×V₂×10^-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{{100mL}_{\;}}{{V}_{1}mL}$×67.5g/mol=cV₂×10^-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g，即原溶液中ClO₂的濃度為（cV₂×10^-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g）÷0.01L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，涉及對(duì)反應(yīng)原理的考查、對(duì)反應(yīng)條件的控制、氧化還原反應(yīng)滴定應(yīng)用等，注意根據(jù)題目信息可知反應(yīng)條件，較好的考查學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，難度較大．