Question

二氧化氯(ClO₂)是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂，而且与Cl₂相比不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。已知: ClO₂浓度过高或受热易分解，甚至会爆炸。现有下列制备ClO₂的方法:

（1）方法一：氧化法

可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备，反应原理为5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O。

①该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是_______________________。

②研究表明：若反应开始时盐酸浓度较大，则气体产物中有Cl₂，用离子方程式解释产生Cl₂的原因__________________________________________________。

（2）方法二：草酸还原法

在酸性溶液中用草酸（H₂C₂O₄）还原氯酸钠的方法来制备ClO₂

①写出制备ClO₂的离子方程式：__________________________________________；

②与电解法相比，用草酸还原法制备ClO₂的特点是____________________，提高了生产、储存及运输过程的安全性。

（3）已知: ClO₂被I^-还原为ClO₂^-、Cl^-的转化率与溶液pH 的关系如图所示。当pH<2.0 时，ClO₂^-也能被I^- 完全还原为Cl^-。反应生成的I₂与Na₂S₂O₃ 反应的方程式: 2Na₂S₂O₃+ I₂= Na₂S₄O₆ + 2NaI。用ClO₂消毒的饮用水中含有ClO₂、ClO₂^-。测定饮用水中ClO₂、ClO₂^-的含量，分两步进行:

①用紫外分光光度法测得水样中ClO₂的含量为a mol/L。

②用滴定法测量ClO₂^-的含量。请完成相应的实验步骤:

步骤1: 准确量取V mL 上述水样加入锥形瓶中。

步骤2: 调节水样的pH小于2。

步骤3: 加入足量的KI 晶体，充分反应。

步骤4: 加入少量淀粉溶液，用c mol/L Na₂S₂O₃ 溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃ 溶液V₁ mL。

根据上述分析数据，测得该饮用水中ClO₂^-的浓度为___________mol/L( 用含字母的代数式表示)。

Answer

1∶4 4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O 2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O 生成的CO2对ClO2起到稀释作用

【解析】

(1)5NaClO2+4HCl═5NaCl+4ClO2↑+2H2O中，Cl元素的化合价由+3降低为-1价，+3价升高为+4价，①1molNaClO2得到电子与4molNaClO2失去电子相等；
②反应开始时盐酸浓度较大，则气体产物中有Cl2，发生氧化还原反应；

(2) ①在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）还原氯酸钠的方法来制备ClO2时，同时还会生成二氧化碳和水；

②电解法产生的ClO2浓度过高，当ClO2浓度过高或受热易分解，甚至会爆炸，据此分析；

(3)步骤4是Na2S2O3 滴定溶液中I2，步骤2需要调节pH使ClO2−将I−氧化为I2；由电子转移守恒可得：2ClO2∼5I2，计算ClO2氧化生成I2的物质的量，根据2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，计算溶液中I2总物质的量，再计算ClO2−氧化生成的I2的物质的量，由电子转移守恒可得：ClO2−∼2I2，计算ClO2−的物质的量，进而计算其浓度。

(1)①1mol NaClO2得到电子与4mol NaClO2失去电子相等，则该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是1:4，故答案为：1:4；

②若反应开始时盐酸浓度较大，则气体产物中有Cl2，用离子方程式解释产生Cl2的原因为4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O，故答案为：4H++ClO2-+3Cl-=2Cl2↑+2H2O；

(2) ①在酸性溶液中用草酸（H2C2O4）还原氯酸钠的方法来制备ClO2时，同时还会生成二氧化碳和水，离子方程式为：2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O，故答案为：2ClO3 - + H2C2O4+ 2H+ =2ClO2↑ + 2CO2↑ + 2H2O；

②电解法产生的ClO2浓度过高，当ClO2浓度过高或受热易分解，甚至会爆炸，而用草酸还原法制备ClO2时，生成的CO2对ClO2起到稀释作用，提高了生产安全性，故答案为：生成的CO2对ClO2起到稀释作用；

(3) VmL溶液中，ClO2的物质的量为=V×10−3L×amol/L=aV×10−3mol，由电子转移守恒可得：2ClO2∼5I2，ClO2氧化生成I2的物质的量=2.5aV×10−3mol，消耗Na2S2O3的物质的量=V1×10−3L×cmol/L=cV1×10−3mol，由2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI，溶液中I2总物质的量=0.5cV1×10−3mol，ClO2−氧化生成的I2的物质的量=0.5cV1×10−3mol−2.5aV×10−3mol=(0.5cV1−2.5aV)×10−3mol，由电子转移守恒可得：ClO2−∼2I2，则ClO2−的物质的量=×(0.5cV1−2.5aV)×10−3mol，故，
故答案为： 。