Question

ClO₂又称百毒净，可用于水的净化和纸浆、纺织品的漂白。用如下图所示装置(夹持装置和加热装置省略)制备ClO₂并探究ClO₂的某些性质。

已知：①高氯酸：沸点90 ℃，浓度低于60%比较稳定，浓度高于60%遇含碳化合物易爆炸。

②

回答下列问题：

(1)仪器a的名称为_______。实验开始前，胶塞及导管接口必须包锡箔纸，其原因是__________。

(2)写出装置A制备ClO₂同时生成高氯酸的化学方程式：___________。

(3)关闭止水夹②，打开止水夹①③，通空气一段时间，装置C中生成NaClO₂，离子方程式为______。若关闭止水夹③，打开止水夹②，B中可观察到的现象为_______。

(4)从装置C反应后的溶液中获得NaClO₂晶体，常采用减压蒸发结晶。采用减压蒸发的原因是______，减压蒸发时，当有较多晶体析出时，再_____(填操作方法)，洗涤，干燥。即可得NaClO₂。

(5)城市饮用水处理新技术用NaClO₂、高铁酸钠替代Cl₂。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，NaClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是________。

(6)ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收可得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的浓度，进行了下列实验：

步骤1：准确量取ClO₂溶液10.00mL，稀释成100.00mL试样量取V₀mL试样加入到锥形瓶中；

步骤2：用稀硫酸调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；

步骤3：加入指示剂，用cmol·L⁻¹Na₂S₂O₃溶液滴定至终点。重复2次，测得消耗Na₂S₂O₃溶液平均值为V₁mL。

已知：2ClO₂+10I⁻+8H⁺=2Cl⁻+5I₂+4H₂O，2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，计算该ClO₂的浓度为________g/L(用含字母的代数式表示，计算结果化简)。

Answer

三颈烧瓶 橡胶是含碳化合物，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管口易发生爆炸 3NaClO3＋3H2SO4(浓)=HClO4＋2ClO2↑＋3NaHSO4＋H2O 2ClO2＋2OH-＋H2O2=2＋2H2O＋O2 红布条褪色 减压可降低沸点，较低温度下蒸发，避免晶体高温分解 在38～60 ℃温度下，趁热过滤 NaClO2＞Cl2＞Na2FeO4

【解析】

A装置由过量浓硫酸和NaClO3反应制备ClO2和高氯酸，反应为：3NaClO3＋3H2SO4(浓)=HClO4＋2ClO2↑＋3NaHSO4＋H2O，高氯酸遇含碳化合物易爆炸，故胶塞及导管接口必须包锡箔纸，关闭止水夹②，打开止水夹①③，通空气一段时间，ClO2与NaOH和H2O2在C中反应：2ClO2+2OH-+H2O2=2ClO2-+2H2O+O2，控制温度38 ℃～60℃下进行减压蒸发结晶可得晶体NaClO2，关闭止水夹③，打开止水夹②，ClO2有强氧化性，使B中红布条褪色，用D中NaOH溶液吸收尾气，据此分析作答。

(1)仪器a为三颈烧瓶；由题可知，高氯酸浓度高于60%遇含碳化合物易爆炸，橡胶是含碳化合物，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管易发生爆炸；

(2)A中由过量浓硫酸和NaClO3反应制备ClO2和高氯酸，反应为：3NaClO3＋3H2SO4(浓)=HClO4＋2ClO2↑＋3NaHSO4＋H2O；

(3)关闭止水夹②，打开止水夹①③，ClO2与NaOH和H2O2在C中反应：2ClO2＋2OH-＋H2O2=2＋2H2O＋O2，若关闭止水夹③，打开止水夹②，ClO2有强氧化性，使B中红布条褪色；

(4)根据已知，温度低于38℃，得到的晶体含有结晶水，温度高于60℃NaClO2会分解，故从装置C反应后的溶液中获得NaClO2晶体，需控温在38℃∼60℃进行减压蒸发结晶，采用减压蒸发的原因是减压可降低沸点，较低温度下蒸发，避免晶体高温分解；

(5)NaClO2中氯元素由+3价降为−1价，则1molNaClO2转移电子4mol，消毒效率为，1molNa2FeO4转移电子3mol，消毒效率可表示为，1molCl2转移电子2mol，消毒效率可表示为：，三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是NaClO2＞Cl2＞Na2FeO4；

(6)设原ClO2溶液的浓度为x，

x=mol/L=g/L。