Question

14．ClO₂气体是一种常用的消毒剂，我国从2 000年起逐步用ClO₂代替氯气对饮用水进行消毒．
（1）消毒水时，ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，在这个过程中，Fe²⁺、Mn²⁺的化合价升高，说明ClO₂具有氧化性．
（2）工业上可以通过下列方法制取ClO₂，请完成该化学反应方程式：2KClO₃+SO₂=2ClO₂+K₂SO₄．
（3）使Cl₂和H₂O（g）通过灼热的炭层，生成HCl和CO₂，是放热反应，当1mol Cl₂参与反应时释放145kJ的热量，写出这个反应的热化学方程式：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1．
（4）自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1～0.8mg•L^-1之间．碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：
Ⅰ．取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，
溶液变蓝．
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液．（已知：2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
Ⅲ．加硫酸调节水样pH至1～3．
操作时，不同pH环境中粒子种类如图所示：
请回答：
①操作Ⅰ中反应的离子方程式是2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．   
 ②确定操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色．    
③在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O．
④若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10mL，则水样中ClO₂的浓度是0.675mg•L^-1．

Answer 1

分析 （1）ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，Fe、Mn元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低；
（2）质量守恒，结合原子守恒和电子守恒写出该反应的化学方程；
（3）反应热与反应计量数呈正比，1mol Cl₂参与反应时释放145kJ的热量，2mol Cl₂参与反应时释放290kJ的热量，依据热化学方程式书写方法写出，标注物质聚集状态和对应焓变；
（4）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-；
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂与淀粉结合再次出现蓝色，根据化合价升降总数相等、原子守恒和电荷守恒来配平；
④根据关系S₂O₃^2-～I^-～ClO₂先计算出ClO₂的物质的量，然后再计算出浓度．

解答 解：（1）ClO₂还可将水中的Fe²⁺、Mn²⁺等转化成Fe（OH）₃和MnO₂等难溶物除去，Fe、Mn元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低，可说明ClO₂具有氧化性，
故答案为：氧化；
（2）质量守恒和原子守恒配平可得：2KClO₃+SO₂=2ClO₂+K₂SO₄，
故答案为：K₂SO₄；
（3）使Cl₂和H₂O（g）通过灼热的炭层，生成HCl和CO₂是放热反应，当1mol Cl₂参与反应时释放145kJ的热量，2mol氯气完全反应放热290 kJ，热化学方程式为2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1，
故答案为：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290 kJ•mol^-1；
（4）①用氢氧化钠溶液调至中性，由图知，此条件下粒子种类为 ClO₂，ClO₂将加入的碘化钾氧化为I₂，自身被还原成ClO₂^-，离子方程式为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂，故答案为：2ClO₂+2I^-=2ClO₂^-+I₂．
②加入一定量 Na₂S₂O₃ 溶液，发生反应2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-，使I₂还原为I^-，故蓝色会消失，
故答案为：蓝色消失，半分钟内不变色；
③由图示表明，pH至1～3时，ClO₂^-将I^-氧化成I，生成的I₂，离子方程式为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O，
故答案为：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=Cl^-+2I₂+2H₂O；
④S₂O₃^2-～～～～I^-～～～ClO₂
     1                          1
1.0×10^-3 mol/L×0.01L       1.0×10^-5mol
m（ClO₂）=n（ClO₂）×M（ClO₂）=1.0×10^-5mol×67.5×10³mg•mol^-1=0.675mg
由于水样为 1L，所以 ClO₂ 的浓度为 $\frac{0.675mg}{1L}$=0.675 mg•L^-1
故答案为：0.675．

点评 本题考查了物质含量的测定、氧化还原反应、离子方程式的书写、有关方程式的计算，题目综合性较强，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和计算能力，题目难度中等，注意把握物质含量的测定方法．