Question

【题目】某研究小组用黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2气体，再用水吸收该气体可得ClO2溶液。在此过程中需要控制适宜的温度，若温度不当，副反应增加，影响生成ClO2气体的纯度，且会影响ClO2的吸收率，具体情况如图所示。

（1） 据图可知，反应时需要控制的适宜温度是________℃，要达到此要求需要采取的措施是______________。

（2） 已知：黄铁矿中的硫元素在酸性条件下可被ClO3-氧化成SO42-，请写出FeS2、氯酸钠和硫酸溶液混合反应生成二氧化氯(ClO2)的离子方程式：______________________。

（3） 该小组拟以“”作为衡量ClO2产率的指标。若取NaClO3样品6.0 g，通过反应和吸收获得400 mL ClO2溶液，取此溶液20 mL与37.00 mL 0.500 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液充分反应后，过量的Fe2＋再用0.050 0 mol·L－1K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7标准溶液20.00 mL。反应原理为：4H＋＋ClO2＋5Fe2＋=Cl－＋5Fe3＋＋2H2O；14H＋＋Cr2O72-＋6Fe2＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；

试计算ClO2的“产率” _______________ (写出计算过程)。

Answer 1

【答案】30℃ 水浴加热（或水浴控制恒温） 15ClO3-+FeS2+14H+=15ClO2+Fe3++7H2O+2SO42- 与K2Cr2O7反应的n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×20×10-3L×0.0500mol/L=6×10-3mol；与ClO2反应的n（Fe2+）=37×10-3L×0.0500mol/L-6×10-3mol=1.25×10-2mol；n(ClO2)=×1.25×10-2mol=2.5×10-3mol；ClO2的产率=

【解析】

（1）依据图象分析温度在30°C时ClO2的吸收率最大纯度90%以上；控制100°C以下的 温度需要用水浴加热；

（2）用黄铁矿（FeS2）、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2气体，依据原子守恒，电子守恒和电荷守恒配平书写离子方程式；

（3）依据化学方程式的定量关系列式计算，以“”作为衡量ClO2产率的指标。

（1）据图可知，在20℃反应时ClO2气体制取纯度高，但是气体的吸收率较低，在30℃无论是反应制取ClO2气体纯度高还是气体的吸收率都较高。若温度再升高，制取ClO2气体纯度高还是气体的吸收率都降低。所以需要控制的适宜温度是30℃；达到此要求采取的适宜措施是水浴加热（或水浴控制恒温）；

(2)黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3－氧化成SO42－，制备二氧化氯的离子方程式为15ClO3－＋FeS2＋14H＋=15ClO2↑＋Fe3＋＋7H2O＋2SO42－；

（3）由方程式4H++ClO2+5Fe2+=Cl-+5Fe3+ +2H2O、14H+ + Cr2O72-+6 Fe2+ =2Cr3+ + 6 Fe3+ +7H2O可结合电子得失守恒可得1×n(Fe2+)=5×n(ClO2)+2×3×n(Cr2O72-)，与K2Cr2O7反应的n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×20×10-3L×0.0500mol/L=6×10-3mol；与ClO2反应的n（Fe2+）=37×10-3L× 0.0500mol/L -6×10-3mol=1.25×10-2mol。所以n(ClO2)=×1.25×10-2mol=2.5×10-3mol。ClO2的产率=。