Question

用二氧化氯（ClO₂）、铁酸钠（Na₂FeO₄摩尔质量为166g?mol^-1）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

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，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

考点：制备实验方案的设计,氯、溴、碘及其化合物的综合应用,性质实验方案的设计

专题：卤族元素

分析：（1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，消毒效率分别为

m

67.5

×5、

m

166

×3、

m

71

×2×1；
（2）高铁酸根离子具有强氧化性，所以能杀菌消毒，高铁酸根离子能发生氧化还原反应生成氧气，同时生成氢氧化铁，氢氧化铁具有吸附性；
（3））①由题中给出的反应物和生成物写出总的离子方程式再叠减第一步的离子方程式得出第二步的离子方程式；
②Cl^-为反应的催化剂；
③结合反应的方程式计算；
（4）①二氧化氯的沸点低，B为ClO₂的凝集装置，B装置应降低温度；
②C为尾气吸收装置，可选择碱来吸收尾气，发生氧化还原反应．

解答： 解：（1）以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，设质量均为m，ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三种消毒杀菌剂的消毒效率分别为

m

67.5

×5、

m

166

×3、

m

71

×2×1，所以由大到小的顺序为ClO₂＞Cl₂＞Na₂FeO₄，故答案为：ClO₂；Cl₂；Na₂FeO₄；
（2）高铁酸根离子具有强氧化性，所以能杀菌消毒，高铁酸根离子和水反应生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性是，所以能净水，反应方程式为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，
故答案为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑；
（3）①由题中给出的反应物和生成物写出总的离子方程式再叠减第一步的离子方程式得出第二步的离子方程式为CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+CO₂+6H⁺；
②通过分析离子方程式得出，Cl^-没有参加反应，作为催化剂，故答案为：催化剂；
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，（一般用硫酸酸化）涉及反应的化学方程式为①CH₃OH+6NaClO₃+3H₂SO₄→6ClO₂+CO₂+3Na₂SO₄+5H₂O，生产中会发生副反应②ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，生成气体为ClO₂、CO₂和Cl₂，若测得反应后的混合气体中Cl₂的体积分数为

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，由①可知，如ClO₂为60mol，则CO₂为10mol，Cl₂为3mol，则需要10molCH₃OH，（60+1）molNaClO₃，则二者体积之比为10：61=1：6.1，
故答案为：1：6.1；
（4）①二氧化氯的沸点低，B为ClO₂的凝集装置，B装置应补充（冰水）冷凝装置，故答案为：（冰水）冷凝；
②C为尾气吸收装置，可选择NaOH溶液来吸收尾气，发生氧化还原反应为2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O，
故答案为：NaOH溶液；2ClO₂+2NaOH═NaClO₂+NaClO₃+H₂O．

点评：本题以氯及其化合物的性质考查氧化还原反应及物质的制备实验，把握习题中的信息及知识迁移应用为解答的关键，侧重学生综合应用能力及信息抽取和分析能力的考查，题目难度中等．