Question

用二氧化氯（ClO₂）、高铁酸钠（Na₂FeO₄摩尔质量为166g·mol^-1）等新型净水剂代传统的净水剂Cl₂对淡水进行消毒是城市饮用水处理新技术。ClO₂和Na₂FeO₄在水处理过程中分别被还原Cl^-和F e³⁺。

（1）①高铁酸钠主要通过如下反应制取： 2Fe(OH)₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，则X的化学式_____________。

②Na₂FeO₄之所以能净水，除它本身具有强氧化性外，另一个原因可能是__________。

（2）二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为-59°C，沸点为11.0°C，易溶于水．ClO₂可以看做是亚氯酸（HClO₂）和氯酸（HClO₃）的混合酸酐．工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60°C时反应制得．某学生用如图所示的装置模拟工业制取及收集ClO₂，其中A为ClO₂的发生装置，B为ClO₂的凝集装置，C为尾气吸收装置．请回答：

①A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。

②A部分还应添加温度控制装置，如水浴加热或酒精灯、温度计；B部分还应补充的装置为___________，理由是________________。

③该装置按②补充完整后，装置A、B、C中还有一处设计明显不合理的是________（填“A”“B”或“C”），请在图中方框中画出该装置改正后的正确的装置图。

④ClO₂很不稳定，需要随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行下列实验：准确量取ClO₂溶液10mL，稀释成100mL试样；量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，反应原理：2Na₂S₂O₃+I₂→Na₂S₄O₆+2NaI，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL。当_____________时，可以判断此滴定操作到达终点；由以上数据可以计算原ClO₂溶液的浓度为________________g/L（用含字母的代数式表示）。

（3）如果以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，那么ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒剂的消毒效率最小的是__________（填化学式）。

Answer

（1）①NaCl ②高铁酸钠的还原产物Fe3+能水解生成Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮物，从而净水；（2）①2：1②冰水浴冷凝装置 降温使二氧化氯液化

③C

④135c2V2/V1

（3）Na2FeO4

【解析】

试题分析：（1）①2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH═2Na2FeO4+3X+5H2O，根据元素守恒可知X的化学式为NaCl；②高铁酸钠之所以能净水，除它本身具有强氧化性外，另一个原因可能是高铁酸钠的还原产物Fe3+能水解生成Fe(OH)3胶体，能吸附水中悬浮物，从而净水；（2）①A中反应物为KClO3和H2C2O4，反应产物有K2CO3、ClO2和CO2等，可知氧化剂为，氯元素的化合价由+5价降为+4价，还原剂为H2C2O4，碳元素的化合价由+3价升高为+4价，且每个草酸分子中有两个+3价的碳原子，共升高2价，根据电子守恒规律，该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1；②二氧化氯的沸点低，B为ClO2的凝集装置，B装置应补充冰水浴冷凝装置，达到降温使二氧化氯液化的效果；③C装置是尾气处理装置，可用NaOH吸收尾气，尾气吸收时装置不能用橡皮塞，防止压强过大，容器破裂，应将装置与大气连通，如；④滴定终点时，I2完全反应，溶液由蓝色变为无色，故当滴加最后一滴Na2S2O3溶液，出现溶液蓝色褪去，且半分钟不恢复即不滴定终点；二氧化氯和碘离子的反应中，根据电子守恒，得到：2ClO2～5I2，结合反应2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，得到关系式：2ClO2～5I2～10Na2S2O3．

设原ClO2溶液的浓度为xg/L，

2ClO2～ 5I2～ 10Na2S2O3

2mol 10mol

xg/L×10-2L×V1 ÷100÷67.5g/mol 1×10-3cV2mol

(xg/L×10-2L×V1 ÷100÷67.5g/mol)÷(1×10-3cV2mol)=2mol÷10mol

解得：x=135c2V2/V1。

（3）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，ClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率分别为m/67.5×5、m/166×3、m/71×2×1，所以由大到小的顺序为ClO2＞Cl2＞Na2FeO4，最小的为Na2FeO4。

考点：以氯及其化合物的性质考查氧化还原反应及物质的制备实验。