Question

二氧化氯（ClO₂)被联合国世界卫生组织（WHO)列为AⅠ级高效安全灭菌消毒剂。常温下二氧化氯为黄绿色气体，其熔点为-59.5℃，沸点为11.0℃，能溶于水，不与水反应。温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸。某研究性学习小组拟用下图所示装置制取并收集ClO₂。（加热和夹持装置均省略）

(1)在圆底烧瓶中先放入一定量的KClO₃和草酸(H₂C₂O₄)，然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之间生成C1O₂、CO₂和一种硫酸盐，该反应的化学方程式为____________________。

(2) A装置中使用温度计的目的________________。反应开始后，可以观察到圆底烧瓶内的现象是________。

(3) B装置的作用是______________。

(4)D装置中的NaOH溶液吸收尾气中的ClO₂，生成物质的量之比为的1：1的两种盐，一种为NaClO₂，另一种为________。

(5) ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：

步骤1：量取ClO₂溶液10.0mL，稀释成100.,0 mL试样；量取V₁mL试样加入到锥形瓶中；

步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，振荡后，静置片刻；

步骤3：加入指示剂X，用cmol·L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL。

(已知：2ClO₂+8H⁺+10I^-=5I₂+2Cl^-+4 H₂O

2 Na₂S₂O₃+I₂= Na₂S₄O₆ + 2 NaI)

指示剂X为________。原ClO₂溶液的浓度为_________g·L^-1(用含字母的代数式表示)。

(6)有同学认为KC1O₃在酸性条件下与草酸反应会生成KCl。请设计实验证明A装置反应后的溶液中是否存在C1^-，简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论。（已知：AgClO₃可溶于水）

_____________________________。

Answer

2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4 K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑ 控制温度，避免温度过高引起爆炸 溶液中有气泡逸出，圆底烧瓶内产生黄绿色气体 将C1O2冷凝并收集 NaClO3 淀粉溶液 取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba(NO3)2溶液，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生。若有，则存在Cl-；若无，则不存在Cl-

【解析】本题考查实验方案设计与评价，（1）根据题干信息，硫酸盐是K2SO4，KClO3和草酸(H2C2O4)，然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之间生成ClO2、CO2和一种硫酸盐，因此有KClO3＋H2C2O4＋H2SO4→ClO2↑＋CO2↑＋K2SO4＋H2O，KClO3中Cl的化合价由＋5价→＋4价，化合价降低1价，H2C2O4中C由＋3价→＋4价，化合价共升高2价，最小公倍数是2，然后根据原子守恒，配平其他，即2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4 K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑；（2）温度过高，二氧化氯的水溶液可能爆炸，以及60℃～80℃之间生成ClO2，因此温度计的作用是控制温度，防止温度过高引起爆炸；ClO2是黄绿色气体，因此反应开始后，烧瓶内的现象是溶液中有气泡逸出，圆底烧瓶内产生黄绿色气体；（3）ClO2熔点为-59.5℃，沸点为11.0℃，因此装置B的作用是将ClO2冷凝并收集；（4）ClO2中Cl显＋4价，NaClO2中的Cl的化合价为＋3价，此反应是氧化还原反应，有化合价的升高就有化合价降低，设另一种盐中氯元素的化合价为X，生成两种盐的物质的量为1：1，根据得失电子数目守恒，1×1=1×(X－4)，即X=5，此盐为NaClO3；（5）因为淀粉与碘单质变蓝，因此选用的指示剂为淀粉溶液，根据两个反应方程式，建立的关系是2ClO2～5I2～10Na2S2O3，因此ClO2的浓度为：g·L－1= g·L－1；（6）因为KClO3与草酸反应，环境是酸性，此酸为硫酸，因此检验Cl－时，应先除去SO42－，即具体操作是：取少量A装置反应后的溶液于试管中，加入足量Ba(NO3)2溶液，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生。若有，则存在Cl－；若无，则不存在Cl－；

点睛：本题的难点是氧化还原反应方程式的书写，一般先判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物，如本题的（1），KClO3是氧化剂，草酸是还原剂，CO2是氧化产物，ClO2是还原产物，环境是酸性，因此硫酸作反应物，然后根据化合价的升降进行配平，注意H2C2O4中C右下角的系数，因此H2C2O4中C整体化合价升高2价，最后根据原子守恒和元素守恒，配平其他物质。