Question

二氧化氯(ClO₂)是极易溶于水且不与水发生化学反应的黄绿色气体，沸点为10℃，可用于饮用水净化。某小组在实验室中探究ClO₂与Na₂S的反应。回答下列问题：

I .ClO₂的制备

己知：在强酸性溶液中用SO₂还原NaC1O₃能制备ClO₂。

(1)反应过程中圆底烧瓶内会看到溶液中有一种白色固体析出，为了证明该物质常采用的实验操作及现象为：待实验完成、圆底烧瓶冷却后，____________________。

(2)装置B中反应的离子方程式为_________________________。

(3)欲制备并收集ClO₂，选择上图中的装置，其连接顺序为a→_________(按气流方向，用小写字母表示)

(4)装置D的作用_______________。

II. ClO₂与Na₂S的反应

(5)将上述收集到的ClO₂用N₂稀释以增强其稳定性，并将适量的稀释后的ClO₂通 入上图所示装置中充分反应，得到无色澄清溶液。—段时间后，通过下列实验探究I中反应的产物。

操作步骤	实验现象	结论
取少量Ⅰ中溶液于试管甲中，滴加品红溶液和盐酸。	品红始终不褪色	①无_____生成
另取少量Ⅰ中溶液于试管乙中，加入Ba(OH)2溶液，振荡	②________	有SO4^2-生成
③继续在试管乙中滴加Ba(OH)2 溶液至过量，静置，取上层清液于试管中，_______。	有白色沉淀生成	有Cl^-生成

(6)C1O₂与Na₂S反应的离子方程式为_________。用于饮用水净化时，ClO₂相对于Cl₂的优点是______________(任写一条)。

Answer

将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜。 SO2+2 C1O3-= ClO2+ SO42- g→h(或h→g) →b→c→e→f→d 冷凝并收集C1O2 SO2 (或SO32-或HSO3-或三者的组合均给分) 生成白色沉淀 加 入足量硝酸酸化的硝酸银溶液 8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H- 均被还原成Cl-时ClO2得电子数是氯气的2.5 倍：ClO2在水中的溶解度大；剩余的ClO2不会引起二次染污(答案合理即可)

【解析】I .(1) 装置 A 中反应Cu与浓硫酸制备二氧化硫，化学方程式为：Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+H2O；由于浓硫酸具有吸水性，反应过程中圆底烧瓶内会看到溶液中有一种白色固体析出，要证明该物质为无水硫酸铜，可以将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜，故答案为：将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜；

(2) 根据题意，在强酸性溶液中用SO2还原NaC1O3能制备ClO2，装置B中反应的离子方程式为SO2+2 C1O3-= ClO2+ SO42-，故答案为：SO2+2 C1O3-= ClO2+ SO42-；

(3)二氧化硫从a进入装置B中反应，为防止倒吸，故应在之前有安全瓶，则a→g→h，为反应充分，故再连接B装置中的b，二氧化氯沸点较低，故在D中冰水浴收集，为充分冷却，便于收集，故连接e，最后用氢氧化钠吸收未反应完的二氧化硫，防止污染空气，连接顺序为：a→g→h→b→c→e→f→d；故答案为：g→h→b→c→e→f→d；

(4) 装置D的作用为冷凝并收集ClO2；故答案为：冷凝并收集ClO2；

II. (5)将适量的稀释后的 ClO2 通入如图2所示装置中充分反应，得到无色澄清溶液，

①取少量I中溶液于试管甲中，滴加品红溶液和盐酸，品红始终不褪色，说明溶液中无SO2(或HSO3-或SO32-)生成；故答案为：SO2(或HSO3-或SO32-)；

②另取少量I中溶液于试管乙中，加入Ba(OH)2溶液，振荡，有SO42-生成，硫酸根与钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀；故答案为：生成白色沉淀；

③结论为有Cl-生成，有白色沉淀生成，氯化银为不溶于酸的白色沉淀，检验氯离子，故操作为：继续在试管乙中滴加Ba(OH)2溶液至过量，静置，取上层清液于试管丙内加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液；故答案为：加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液；

(6)由上述分析可知ClO2 与 Na2S 反应有氯离子、硫酸根离子的生成，故发生的离子方程式为：8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H+；ClO2除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO2在水中的溶解度大、剩余的ClO2不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO2得到的电子数是氯气的2.5倍；故答案为：8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H+；ClO2除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO2在水中的溶解度大、剩余的ClO2不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO2得到的电子数是氯气的2.5倍等(任写一条)。