Question

5．二氧化氯（ClO₂）是目前國際上公認(rèn)的第四代高效、無毒的消毒劑，是一種黃綠色的氣體，其熔點(diǎn)為-59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水．工業(yè)上用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時(shí)反應(yīng)制得．某學(xué)生擬用圖1所示裝置模擬工業(yè)制取并收集ClO₂．
（1）A裝置必須添加溫度控制裝置，除酒精燈外，還需要的玻璃儀器有燒杯、溫度計(jì)．
（2）B裝置必須放在冰水浴中，其原因是使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)．
（3）反應(yīng)后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知：NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂•3H₂O，高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂，高于60℃時(shí)NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl．NaClO₂的溶解度曲線如圖2獲得NaClO₂晶體的操作步驟為：
①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②趁熱過濾；③用38～60℃熱水洗滌；④在55℃干燥，得到成品．
（4）ClO₂很不穩(wěn)定，需隨用隨制，產(chǎn)物用水吸收得到ClO₂溶液．為測(cè)定所得溶液中ClO₂的濃度，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
步驟1：準(zhǔn)確量取ClO₂溶液10.00mL，稀釋成100.00mL試樣，量取V1mL試樣加入到錐形瓶中；
步驟2：用稀硫酸調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，靜置片刻；
步驟3：加入指示劑，用c mol•L-1Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)．重復(fù)2次，測(cè)得消耗Na₂S₂O₃溶液平均值為V₂mL（已知2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI）．
①配制100mL c mol•L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，用到的玻璃儀器除燒杯、量筒、玻璃棒外還有：100 mL容量瓶、膠頭滴管．
②若步驟₂所得溶液放置時(shí)間太長，則測(cè)定結(jié)果偏高（填“偏高”、“偏低”或“不變”）
③ClO₂溶液的濃度為$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$． g•L-1（用含字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）二氧化氯（ClO₂）制取溫度是60℃，A需要溫度控制；
（2）二氧化氯的熔點(diǎn)較低，為收集二氧化氯，應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行；
（3）從溶液中獲得溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂•3H₂O，高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂；
（4）①根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液使用的儀器解答；
②ClO₂很不穩(wěn)定，步驟2所得溶液放置時(shí)間太長，相當(dāng)于消耗的ClO₂偏大；
③二氧化氯具有氧化性，在酸性環(huán)境下，能將碘離子氧化，根據(jù)關(guān)系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃計(jì)算c（ClO₂）．

解答 解：（1）氯酸鉀和草酸反應(yīng)生成碳酸鉀、二氧化碳、二氧化氯和水，反應(yīng)方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，制取溫度是60℃，A需要溫度控制，需要溫度計(jì)，
故答案為：溫度計(jì)；
（2）二氧化氯的熔點(diǎn)較低，為收集二氧化氯，應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，所以應(yīng)該采用冰水浴，
故答案為：使ClO₂充分冷凝，減少揮發(fā)；
（3）從溶液中獲得溶質(zhì)，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，為防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，應(yīng)趁熱過濾，NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂•3H₂O，高于38℃時(shí)析出晶體是NaClO₂，所以用38～60℃熱水洗滌，在55℃干燥，得到成品，
故答案為：用38～60℃熱水洗滌；
（4）①配制100mL溶液用到的儀器有托盤天平、藥匙、玻璃棒、膠頭滴管、燒杯、100mL容量瓶、量筒（可用可不用），故還需要的玻璃儀器有：100mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：100ml容量瓶、膠頭滴管；　
②ClO₂很不穩(wěn)定，步驟2所得溶液放置時(shí)間太長，ClO₂分解相當(dāng)于與碘反應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，
故答案為：偏高；
③二氧化氯具有氧化性，在酸性環(huán)境下，能將碘離子氧化，反應(yīng)的原理方程式為：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O，設(shè)原ClO₂溶液的濃度為x，
2ClO₂ ～5I₂ ～10Na₂S₂O₃
2mol              10mol
$\frac{1{0}^{-2}x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$   1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，同時(shí)考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，把握習(xí)題中的信息及知識(shí)遷移應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生綜合應(yīng)用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．