Question

3．二氧化氯（ ClO₂）是一種極易爆炸的強(qiáng)氧化性氣體，在生產(chǎn)和使用時必須盡量用“惰性”氣體進(jìn)行稀釋，并盡可能防止震動和避光．因此，二氧化氯的制備方法一直是科學(xué)家長期尋求解決的問題，目前比較理想的方法是用稍潮濕的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃時反應(yīng)制得．已知，ClO₂在常溫下是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點(diǎn)為一59℃，沸點(diǎn)為11.0℃，易溶于水．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中反應(yīng)產(chǎn)物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O．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充分冷凝以減少揮發(fā)．
（3）反應(yīng)后在裝置C中可得NaClO₂溶液．已知（1）NaClO₂飽和溶液在溫度低于38℃時析出晶體是NaClO₂.3H₂O，在溫度高于38℃時析出晶體是NaClO₂，溫度高于60℃時NaClO₂分解生成NaClO₃和NaCl； NaClO₂的溶解度曲線如圖2所示，請補(bǔ)充從NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶體的操作步驟：
①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②趁熱過濾；③用38℃～60℃熱水洗滌；④低于60℃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．為測定所得溶液中ClO₂的含量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：
步驟1：量取ClO₂溶液10mL，稀釋成100mL試樣．
步驟2：量取V₁ mL試樣加入到錐形瓶中，調(diào)節(jié)試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，搖勻，在暗處靜置30min．
步驟3：以淀粉溶液作指示劑，用c mol．L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL．（已知2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI）
①若步驟2中未將錐形瓶“在暗處靜置30min”，立即進(jìn)行步驟3，則測定的結(jié)果可能（選填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
②上述步驟3中滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液后溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s不變色．
③根據(jù)上述步驟可計(jì)算出原ClO₂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）由題目信息，可知KClO₃和H₂C₂O₄反應(yīng)生成K₂CO₃、ClO₂和CO₂，由H元素守恒應(yīng)有水生成；該反應(yīng)需要控制60℃溫度，使用水浴加熱，需要用溫度計(jì)；
（2）ClO₂的沸點(diǎn)為11.0℃，易揮發(fā)，應(yīng)充分冷卻以減少揮發(fā)；
（3）從溶液中制取晶體，一般采用蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法，注意溫度控制，為防止析出晶體NaClO₂•3H₂O，應(yīng)趁熱過濾；
（4）①在暗處靜置是為了使ClO₂與KI充分反應(yīng)，若不靜置，ClO₂反應(yīng)不完全；
②淀粉遇碘變藍(lán)色，Na₂S₂O₃溶液會消耗碘單質(zhì)，滴定完畢顏色會褪去；
③ClO₂溶液與碘化鉀反應(yīng)的離子方程式：2ClO₂+10I^-+8H⁺=5I₂+2Cl^-+4H₂O，由I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，可得ClO₂～5S₂O₃^2-，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）由題目信息，可知KClO₃和H₂C₂O₄反應(yīng)生成K₂CO₃、ClO₂和CO₂，由H元素守恒應(yīng)有水生成，反應(yīng)方程式為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O，該反應(yīng)需要控制60℃溫度，使用水浴加熱，需要用溫度計(jì)，
故答案為：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O；溫度計(jì)；
（2）ClO₂的沸點(diǎn)為11.0℃，易揮發(fā)，B裝置必須放在冰水浴中，可以使ClO₂充分冷凝以減少揮發(fā)，
故答案為：使ClO₂充分冷凝以減少揮發(fā)；
（3）從溶液中制取晶體，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，由題目信息可知，應(yīng)控制溫度38℃～60℃進(jìn)行洗滌，低于60℃干燥，
故答案為：趁熱過濾；用38℃～60℃熱水洗滌；
（4）①在暗處靜置是為了使ClO₂與KI充分反應(yīng)，若不靜置，ClO₂反應(yīng)不完全，生成的碘偏小，故測得的結(jié)果就偏小，故答案為：偏��；
②淀粉遇碘變藍(lán)色，Na₂S₂O₃溶液會消耗碘單質(zhì)，故滴定終點(diǎn)現(xiàn)象為：滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液后溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s不變色，
故答案為：滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液后溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s不變色；
③ClO₂溶液與碘化鉀反應(yīng)的離子方程式：2ClO₂+10I^-+8H⁺=5I₂+2Cl^-+4H₂O，由I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，可得ClO₂～5S₂O₃^2-，原ClO₂溶液的濃度為：[V₂×10^-3×cmol/mol×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$×67.5g/mol]÷0.01L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案為：$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)實(shí)驗(yàn)制備方案、對題目信息的遷移應(yīng)用、物質(zhì)的分離提純、滴定應(yīng)用等，理解原理是解題的關(guān)鍵，同時考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，難度較大．