Question

(12分) ClO₂气体是一种常用的消毒剂，我国从2000年起逐步用ClO₂代替氯气对饮用水进行消毒。但二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。

（1）欧洲国家主要采用氯酸钠氧化浓盐酸制备ClO₂，缺点主要是产率低，产品难以分离，还产生毒副产品。该反应的化学反应方程式为：               。科学家又研究出了一 种新的制备ClO₂的方法，利用硫酸酸化的草酸(H₂C₂O₄)溶液还原氯酸钠，化学反应方程式为            ，此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是                            。

（2）自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1～0.8 mg/L之间。碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：

I．取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝。

Ⅱ．加入一定量的Na₂ S₂ O₃溶液.（已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-)

III．加硫酸调节水样pH至1～3。

操作时，不同pH环境中粒子种类如下图所示。

请回答：

①操作I中反应的离子方程式是                              。

②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是                。

③若水样的体积为1．0 L，在操作Ⅱ时消耗了1．0×10^一3mol/L的Na₂S₂O₃溶液10 mL，则水样中ClO₂的浓度是                        mg/L。

Answer

（1）2NaClO3＋4HCl(浓)＝2NaCl＋Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O

H2C2O4＋2NaClO3＋H2SO4＝Na2SO4＋2CO2↑＋2ClO2↑＋2H2O

反应过程中产生的CO2起到稀释作用

（2）①2ClO2＋2I－＝2ClO2－＋I2 ②ClO2－＋4I－＋4H＋＝Cl－＋2I2＋2H2O ③0.675

【解析】

试题分析：（1）氯酸钠氧化浓盐酸制备ClO2，缺点主要是产率低，产品难以分离，还产生毒副产品，这说明反应中有氯气生成，同时根据原子守恒可知一定还产生氯化钠和水，该反应的化学反应方程式为2NaClO3＋4HCl(浓)＝2NaCl＋Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O。利用硫酸酸化的草酸(H2C2O4)溶液还原氯酸钠，则氧化产物一定是CO2，根据原子守恒可知还有硫酸钠和水生成，所以反应的化学反应方程式为H2C2O4＋2NaClO3＋H2SO4＝Na2SO4＋2CO2↑＋2ClO2↑＋2H2O。由于反应中有CO2生成，而产生的CO2起到稀释作用，所以此法提高了生产及储存、运输的安全性。

（2）①操作Ⅰ中ClO2将I－氧化为I2,反应的离子方程式是2ClO2＋2I－＝2ClO2－＋I2；

②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，是由于ClO2－在碱性环境中将I－又氧化为I2，I2遇淀粉变蓝色，反应的离子方程式是ClO2－＋4I－＋4H＋＝Cl－＋2I2＋2H2O；

③根据反应方程式可得关系式是：2ClO2～I2～2S2O32－。n(S2O32－)＝1.0×10－3 mol/L × 0.01L＝1.0×10－5mol，所以n(ClO2)＝1.0×10－5mol；m(ClO2)＝1.0×10－5mol×67．5×103mg/mol＝0.675mg。若水样的体积为1.0 L，所以水样中ClO2的浓度是0.675mg÷1L＝0.675mg/L。

【考点定位】本题主要是考查氧化还原反应方程式的配平、滴定终点的判断、关系式法在化学计算中的应用的知识

【名师点晴】守恒规律在解题中的应用：许多有关化学反应的计算，如果能够巧妙地运用守恒规律可以达到快速解题的目的，常见的守恒关系有：①反应前后元素种类和某种原子总数不变的原子守恒；②电解质溶液中的电荷守恒；③氧化还原反应中得失电子数守恒、原电池或电解池中两极通过的电子总数相等；④从守恒思想出发还可延伸出多步反应中的关系式，运用关系式法等计算技巧巧妙解题。