Question

【题目】用二氧化氯（ClO2）、铁酸钠（Na2FeO4摩尔质量为166g/mol）等新型净水剂替代传统的净水剂Cl2对淡水进行消毒是城市饮用水处理新技术．ClO2和Na2FeO4在水处理过程中分别被还原为Cl﹣和Fe3+ ．
（1）如果以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，那么，ClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是＞＞ ．
（2）Na2FeO4溶于水会放出一种无色无味气体，其杀菌消毒、吸附水中的悬浮杂质的原理可用离子方程式表示为 ．
（3）工业以CH3OH与NaClO3为原料在酸性条件下制取ClO2 ， 同时产生CO2气体，已知该反应分为两步进行，第一步为2ClO3﹣+2Cl﹣+4H+=2ClO2↑+Cl2↑+2H2O．①写出第二步反应的离子方程式 ．
②工业生产时需在反应物中加少量Cl﹣ ， 其作用是 ．
③生产中会发生副反应ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O（未配平），若测得反应后的混合气体中Cl2的体积分数为3/73，则起始投料时CH3OH与NaClO3的物质的量之比为 ．
（4）已知二氧化氯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．ClO2也可以看做是亚氯酸（HClO2）和氯酸（HClO3）的混合酸酐．工业上用稍潮湿的KClO3和草酸在60℃时反应制得．某学生用如图所示的装置模拟工业制取及收集ClO2 ， 其中A为ClO2的发生装置，B为ClO2的凝集装置，C为尾气吸收装置．请问：①A部分还应添加温度控制（如水浴加热）装置，B部分还应补充什么装置；
②C中应装的试剂为 ． C中发生反应的化学方程式为： ．

Answer 1

【答案】
（1）ClO2；Cl2；Na2FeO4
（2）4FeO42﹣+10H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑
（3）CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；催化剂；1：6.1
（4）（冰水）冷凝；NaOH溶液；2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O
【解析】解：（1）ClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率分别是ClO2：67.5g÷5mol=13.5g/mol；Na2FeO4：166g÷3mol=55.33g/mol；Cl2：71g/2mol=35.5g/mol．所以三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是ClO2＞Cl2＞Na2FeO4；故答案为：ClO2＞Cl2＞Na2FeO4；（2）根据题意可得Na2FeO4把H2O氧化为O2 ， 氧气杀菌消毒，它本身被还原为Fe3+ ． Fe3+水解产生Fe（OH）3胶体吸附水中的悬浮物质．从而净化了水．该反应的离子方程式为：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；故答案为：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；（3）①甲醇与氯气在水溶液中发生氧化还原反应生成氯化氢和二氧化碳，所以第二步反应的离子方程式为：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；故答案为：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；②由①中的两个反应方程式可以看出若转移相同的电子，Cl﹣的消耗与产生量相等．之所以在工业生产时要在反应物中加少量Cl﹣ ， 是因为Cl﹣起作催化剂作用；故答案为：催化剂；③将第一步与第二步的方程式叠加可得总方程式：6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O．将副反应ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O配平可得：ClO3﹣+5Cl﹣+6H+=3Cl2↑+3H2O若测得反应后的混合气体中Cl2的体积分数为3/73，假设气体的总物质的量为73mol，则Cl2为3mol；CO2和ClO2总物质的量为70mol．产生3mol的Cl2消耗NaClO3的物质的量1mol；根据方程式6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O可知产生CO2和ClO2总物质的量为70mol消耗CH3OH的物质的量为10mol；消耗 NaClO3的物质的量为60mol．所以共消耗CH3OH的物质的量为10mol；消耗 NaClO3的物质的量为60mol+3mol=61mol．因此起始投料时CH3OH与NaClO3的物质的量之比为10：61=1：6.1；
故答案为：1：6.1；（4）①因为ClO2的沸点低，容易挥发，所以B部分还应补充的装置是冷凝装置．可以用冰水进行降温；故答案为：（冰水）冷凝；②C为尾气吸收装置，由于ClO2能与碱发生反应，所以通常用NaOH溶液来吸收．反应的方程式为：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O；故答案为：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O．
（1）依据取1molClO2、Cl2、Na2FeO4 ， 分别计算在氧化还原反应中元素化合价变化数目判断解答；（2）Na2FeO4把H2O氧化为O2 ， 氧气杀菌消毒，它本身被还原为Fe3+ ． Fe3+水解产生Fe（OH）3胶体吸附水中的悬浮物质．从而净化了水，据此写出反应的离子方程式；（3）①甲醇与氯气在水溶液中发生氧化还原反应生成氯化氢和二氧化碳；②由①中的两个反应方程式可以看出若转移相同的电子，Cl﹣的消耗与产生量相等，结合催化剂的概念解答；③将第一步与第二步的方程式叠加可得总方程式：6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O．将副反应ClO3﹣+Cl﹣+H+﹣Cl2↑+H2O配平可得：ClO3﹣+5Cl﹣+6H+=3Cl2↑+3H2O若测得反应后的混合气体中Cl2的体积分数为3/73，假设气体的总物质的量为73mol，则Cl2为3mol；CO2和ClO2总物质的量为70mol．产生3mol的Cl2消耗NaClO3的物质的量1mol；根据方程式6ClO3﹣+CH3OH+6H+=CO2↑+6ClO2↑+5H2O可知产生CO2和ClO2总物质的量为70mol消耗CH3OH的物质的量为10mol；消耗 NaClO3的物质的量为60mol，据此计算解答；（4）①依据ClO2的沸点低，容易挥发的性质解答；
②C为尾气吸收装置，由于ClO2能与碱发生反应，所以通常用NaOH溶液来吸收，二者反应生成NaClO2、NaClO3、H2O．