Question

3．二氧化氯（ClO₂）是一种高效消毒剂，在60℃时用氯酸钾与草酸（中强酸）反应可制备二氧化氯，实验装置如图所示．已知：通常情况下，二氧化氯的沸点为11.0℃，极易爆炸，制取和使用二氧化氯时要用性质确定的气体稀释，以防爆炸，回答下列问题：
（1）装置A中反应产物有K₂CO₃、ClO₂和CO₂等，请写出该反应的化学方程式：2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．装置A中还需使用的玻璃仪器是温度计，其作用是
控制水浴加热温度为60℃．
（2）装置B用冰水浴的原因是常温下二氧化氯为气态，用冰水将其冷凝为液态，以防爆炸．
（3）实验过程中，装置C的溶液中除了会产生少量Na₂CO₃外还会生成等物质的量的另外两种钠盐，其中一种为
NaClO₂，则另一种钠盐的化学式为NaClO₃．
（4）已知NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出的晶体是NaClO₂，请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂•3H₂O的操作步骤：
a．（减压）蒸发浓缩；
b．低于38℃时冷却结晶．
c．过滤、洗涤；
d．干燥．
（5）工业上常用原酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂，用H₂O₂制备的ClO₂比用盐酸制备的ClO₂更适合用于饮用水的消毒，其主要原因是H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸作还原剂时产生大量Cl₂．

Answer 1

分析 实验流程为在60℃时利用氯酸钾与草酸（中强酸）反应制备二氧化氯，并同时生成K₂CO₃和CO₂等，为有效控制温度可使用水浴加热的方式，根据二氧化氯的沸点为11.0℃，易液化，可选择B装置冷却降温收集ClO₂，考虑到ClO₂极易爆炸，制取和使用二氧化氯时要用性质确定的气体如氮气稀释，以防爆炸，并利用NaOH吸收含ClO₂的尾气，防止环境污染，据此分析解题；
（1）装置A中氯酸钾与草酸（中强酸）反应得到二氧化氯，并同时生成K₂CO₃和CO₂等，可根据质量守恒和原子守恒书写方程式；反应需要控制温度为60℃，测定仪器为温度计；
（2）装置B用冰水浴的目的是降温，使ClO₂液化，防止气态ClO₂爆炸；
（3）用NaOH吸收含有ClO₂的尾气，产生之一为NaClO₂，可见发生了氧化还原反应，可结合电子守恒和原子守恒判断产物；
（4）根据NaClO₂饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出的晶体是NaClO₂，故从NaClO₂溶液中制得NaClO₂•3H₂O需要在低温下进行，可选择减压蒸发并低温冷却结晶，最后过滤、洗涤、干燥得到NaClO₂•3H₂O；
（5）盐酸或双氧水均能还原氯酸钠制备ClO₂，但H₂O₂的氧化产物为O₂，而盐酸的氧化产物为氯气，对环境有污染，据此判断选择．

解答 解：实验流程为在60℃时利用氯酸钾与草酸（中强酸）反应制备二氧化氯，并同时生成K₂CO₃和CO₂等，为有效控制温度可使用水浴加热的方式，根据二氧化氯的沸点为11.0℃，易液化，可选择B装置冷却降温收集ClO₂，考虑到ClO₂极易爆炸，制取和使用二氧化氯时要用性质确定的气体如氮气稀释，以防爆炸，并利用NaOH吸收含ClO₂的尾气，防止环境污染．
（1）装置A中氯酸钾与草酸（中强酸）反应制备二氧化氯，发生反应的化学方程式为2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；可利用温度计测定水浴温度，达到控制温度为60℃的目的，故答案为：2ClO₃^-+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;60℃\;}}{\;}$CO₃^2-+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；温度计；控制水浴加热温度为60℃；
（2）保用装置B的目的是为防止气态ClO₂爆炸，利用冰水浴降温，使ClO₂液化，故答案为：常温下二氧化氯为气态，用冰水将其冷凝为液态，以防爆炸；
（3）用NaOH吸收ClO₂，产物NaClO₂为还原产物，根据氧化还原反应的本质，另一产物为氧化产物，NaClO₂中氯为+3，从+4到+3降1价，则氧化产物从+4升高一价为+5价，此时得到的二种产物才等物质的量，也满足电子守恒，即所得产物为NaClO₃，故答案为：NaClO₃；
（4）防止析出的晶体是NaClO₂，采用减压蒸发并低温冷却结晶，最后过滤、洗涤、干燥得到NaClO₂•3H₂O；故答案为：（减压）蒸发浓缩；低于38℃时冷却结晶；
（5）H₂O₂的氧化产物为O₂，盐酸的氧化产物为氯气，对环境有污染，则选择用H₂O₂制备的ClO₂比用盐酸制备的ClO₂更适合用于饮用水的消毒，故答案为：H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸作还原剂时产生大量Cl₂．

点评 本题是物质制备实验探究分析，考查制备原理分析、混合物的分离提纯、实验条件选择等，属基础考查，对提高学生分析问题解决问题的能力有促进作用，难度适中．