Question

7．二氧化氯（ClO₂）是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为-59℃，沸点为11.0℃，易溶于水．工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得．某学生拟用如图所示装置模拟工业制取并收集ClO₂．

（1）A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，请写出该反应的化学方程式：2KClO₃+H₂C₂O_{4$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$} K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．
（2）A必须添加温度控制装置，除酒精灯外，还需要的玻璃仪器有温度计、烧杯；
（3）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂饱和溶液中在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂．根据上图所示的NaClO₂的溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶体的操作步骤：
①蒸发浓缩结晶；②趁热过滤；③洗涤；④干燥．
（4）ClO₂很不稳定，需随用随制，用水吸收得到ClO₂溶液．为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10mL，稀释成100mL试样；量取V₁mL试样加入到锥形瓶中；
步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；此时发生的离子方程式为：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O；
步骤3：加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．则原ClO₂溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）．（已知2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI）

Answer 1

分析 （1）根据反应物、产物和反应条件写出反应方程式；
（2）测量温度的仪器是温度计，水浴加热需要烧杯；
（3）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法；
（4）调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；此时发生的离子方程式为二氧化氯氧化碘离子为碘单质，多次实验可以减少误差，根据关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）．

解答 解：（1）加热60℃，氯酸钾和草酸反应生成碳酸钾、二氧化碳、二氧化氯和水，反应方程式为：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，
故答案为：2KClO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；
（2）要控制温度必须使用温度计测量温度，用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得二氧化氯，需要水浴加热，需要的玻璃仪器还有烧杯，
故答案为：温度计，烧杯；
（3）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，为防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，应趁热过滤，
故答案为：蒸发浓缩结晶；趁热过滤；
（4）调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；此时发生的离子方程式为二氧化氯氧化碘离子为碘单质，反应的离子方程式为：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O，为减少实验误差，应采用多次实验的方法，
设原ClO₂溶液的浓度为x，
      2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃
      2mol          10mol
$\frac{1{0}^{-2}x×{V}_{1}×1{0}^{-3}}{1{0}^{-1}}$   1×10^-3cV₂mol
x=$\frac{2c{V}_{2}}{{V}_{1}}$mol/L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L，
故答案为：2ClO₂+8H⁺+10I^-=2Cl^-+5I₂+4H₂O，$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$．

点评 本题考查实验方案的设计，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，明确物质的性质是解本题关键，难度较大．