Question

11．二氧化氯（ClO₂）是极易溶于水且不与水发生化学反应的黄绿色气体，沸点为10℃，可用于饮用水净化．某小组在实验室中探究ClO₂与Na₂S的反应．回答下列问题：
I．ClO₂的制备
己知：在强酸性溶液中用SO₂还原NaC1O₃能制备ClO₂．
（1）反应过程中圆底烧瓶内会看到溶液中有一种白色固体析出，为了证明该物质常采用的实验操作及现象为：待实验完成、圆底烧瓶冷却后，将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜．
（2）装置B中反应的离子方程式为SO₂+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-．
（3）欲制备并收集ClO₂，选择上图中的装置，其连接顺序为a→g→h→b→c→e→f→d（按气流方向，用小写字母表示）
（4）装置D的作用冷凝并收集ClO₂．
II．ClO₂与Na₂S的反应
（5）将上述收集到的ClO₂用N₂稀释以增强其稳定性，并将适量的稀释后的ClO₂通 入图2所示装置中充分反应，得到无色澄清溶液．一段时间后，通过下列实验探究I中反应的产物．

操作步骤	实验现象	结论
取少量1中溶液于试管甲中，滴加品红溶液和盐酸．	品红始终不褪色	①无SO2（或HSO3-或SO32-）生成
另取少量1中溶液于试管乙中，加入Ba（OH）2溶液，振荡	②白色沉淀	有SO42-生成
③继续在试管乙中滴加Ba（OH）2 溶液至过量，静置，取上层清液于试管中，加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液．	有白色沉淀生成	有Cl-生成

（6）C1O₂与Na₂S反应的离子方程式为8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺．用于饮用水净化时，ClO₂相对于Cl₂的优点是ClO₂除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO₂得到的电子数是氯气的2.5倍（任写一条）．

Answer 1

分析 I．ClO₂ 的制备：装置A中Cu与浓硫酸发生反应制备二氧化硫气体，在装置B中发生生成二氧化氯的反应，为防止倒吸，A与B之间连接装置E，二氧化氯沸点较低，故在D中冰水浴收集，最后用氢氧化钠吸收未反应完的二氧化硫，防止污染空气，据此分析解答；
II．（5）①品红不褪色，说明无SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
②硫酸钡为白色沉淀；
③用硝酸酸化的硝酸银可验证氯离子；
（6）根据实验可知ClO₂ 与 Na₂S 反应有氯离子、硫酸根离子的生成；ClO₂除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO₂得到的电子数是氯气的2.5倍．

解答 解：I．（1）装置 A 中反应后所得白色固体可能是CuSO₄，可结合硫酸铜溶解于水得到蓝色溶液，且浓硫酸稀释时是将浓硫酸沿器壁注入水中，则可将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜，故答案为：将反应后的混合物慢慢倒入盛有少量水的试管里，若固体溶解，溶液变蓝，则白色固体为硫酸铜；
（2）装置B中在酸性条件下，SO₂通入NaClO₃溶液中生成ClO₂，发生反应的离子方程式为，故答案为：SO₂+2ClO₃^-=2ClO₂+SO₄^2-；
（3）二氧化硫从a进入装置B中反应，为防止倒吸，故应在之前有安全瓶，则a→g→h，为反应充分，故再连接B装置中的b，二氧化氯沸点较低，故在D中冰水浴收集，为充分冷却，便于收集，故连接e，最后用氢氧化钠吸收未反应完的二氧化硫，防止污染空气，连接顺序为：a→g→h→b→c→e→f→d；
故答案为：g→h→b→c→e→f→d；
（4）装置D的作用为冷凝并收集ClO₂；
故答案为：冷凝并收集ClO₂；
II．（5）将适量的稀释后的 ClO₂ 通入如图2所示装置中充分反应，得到无色澄清溶液，
①取少量I中溶液于试管甲中，滴加品红溶液和盐酸，品红始终不褪色，说明溶液中无SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）生成；
故答案为：SO₂（或HSO₃^-或SO₃^2-）；
②另取少量I中溶液于试管乙中，加入Ba（OH）₂溶液，振荡，有SO₄^2-生成，硫酸根与钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀；
故答案为：白色沉淀；
③结论为有Cl^-生成，有白色沉淀生成，氯化银为不溶于酸的白色沉淀，检验氯离子，故操作为：继续在试管乙中滴加Ba（OH）₂溶液至过量，静置，取上层清液于试管丙内加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液；
故答案为：加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液；
（6）由上述分析可知ClO₂ 与 Na₂S 反应有氯离子、硫酸根离子的生成，故发生的离子方程式为：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO₂得到的电子数是氯气的2.5倍；
故答案为：8ClO₂+5S^2-+4H₂O=8Cl^-+5SO₄^2-+8H⁺；ClO₂除硫效果彻底，氧化产物硫酸根更稳定、ClO₂在水中的溶解度大、剩余的ClO₂不会产生二次污染、均被还原为氯离子时，ClO₂得到的电子数是氯气的2.5倍．

点评 本题考查了物质的制备和性质探究，涉及方程式的书写，实验装置的连接等知识点，综合性较强，侧重于对学生将知识运用和解决问题的能力，题目难度中等．