Question

3．为了预防碘缺乏症，国家规定每千克食盐中应含40～50mg碘酸钾．碘酸钾晶体有较高的稳定性，但在酸性溶液中，碘酸钾是一种较强的氧化剂，能跟某些还原剂作用生成碘；在碱性溶液中，碘酸钾能被氯气、次氯酸等强氧化剂氧化为更高价的碘的含氧酸盐．
问题1 工业生产碘酸钾的流程如下：

（1）碘、氯酸钾和水混合后的反应为（未配平）：I₂+KClO₃+H₂O→KH（IO₃）₂+KCl+Cl₂↑．该方程式配平时，系数有多组，原因是有两种还原产物生成．
（2）X的化学式为KOH；写出用试剂X调节pH的化学方程式：KH（IO₃）₂+KOH→2KIO₃+H₂O．
（3）生产中，如果省去“酸化”、“逐氯”、“结晶①、过滤”这三步操作，直接用试剂X调整反应后溶液的pH，对生产碘酸钾有什么具体影响？反应产生的氯气跟KOH反应生成KClO，KClO能将KIO₃氧化成KIO₄从而不能得到碘酸钾．
问题2 已知：KIO₃+5KI+3H₂SO₄→3K₂SO₄+3I₂+3H₂O；  I₂+2S₂O₃^2-→2I^-+S₄O₆^2-．
（4）检验加碘食盐中的碘元素，学生甲利用碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生反应．用四氯化碳检验碘单质时，看到的明显现象有液体分层，下层液体呈现紫红色．
（5）测定加碘食盐中碘的含量，学生乙设计的实验步骤如下：
a．准确称取w g食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；
b．用稀硫酸酸化所得溶液，加入过量KI溶液，使KIO₃与KI反应完全；
c．以淀粉为指示剂，加入物质的量浓度为2.0×10^-3mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液10.0mL恰好反应．则加碘食盐样品中的碘元素含量是$\frac{1270}{3w}$mg/kg（以含w的代数式表示）．
（6）学生丙又对纯净的NaCl（不含KIO₃）进行了下列实验：

操作步骤	实验现象
取1g纯净的NaCl，加3mL水配成溶液．	溶液无变化
滴入5滴淀粉溶液和1mL 0.1mol•L-1 KI溶液，振荡．	溶液无变化
然后再滴入1滴1mol•L-1的H2SO4，振荡．	溶液变蓝色

①推测实验中产生蓝色现象的可能原因，用离子方程式表示4I^-+4H⁺+O₂→2I₂+2H₂O．
②根据学生丙的实验结果，请对学生乙的实验结果作出简要评价：因加入了过量KI溶液，乙实验结果会偏大．

Answer 1

分析 （1）反应中有两种还原产物，其计量数不确定；
（2）加X调节pH时，不能引入杂质，KH（IO₃）₂与碱反应生成KIO₃；
（3）溶液中的氯气与KOH反应生成次氯酸钾，次氯酸钾具有强氧化性；
（4）碘酸钾与碘化钾在酸性条件下单质碘，加四氯化碳，会分层；
（5）根据硫代硫酸钠与碘酸钾的关系式计算碘酸钾的物质的量，再根据质量分数公式计算碘的含量；
（6）酸性条件下，碘离子被氧气氧化生成碘单质；过量的碘离子易被空气氧化生成碘单质．

解答 解：（1）I₂+KClO₃+H₂O→KH（IO₃）₂+KCl+Cl₂↑反应中有两种还原产物KCl和Cl₂，其计量数不确定，所以方程式配平时，系数有多组；
故答案为：有两种还原产物生成；
（2）加X调节pH时，不能引入杂质，KH（IO₃）₂与碱反应生成KIO₃，所以要加入KOH，其反应的方程式为：KH（IO₃）₂+KOH=2KIO₃+H₂O；
故答案为：KOH；KH（IO₃）₂+KOH=2KIO₃+H₂O；
（3）溶液中的氯气与KOH反应生成次氯酸钾，次氯酸钾具有强氧化性，KClO能将KIO₃氧化成KIO₄从而不能得到碘酸钾；
故答案为：反应产生的氯气跟KOH反应生成KClO，KClO能将KIO₃氧化成KIO₄从而不能得到碘酸钾；
（4）碘酸钾与碘化钾在酸性条件下单质碘，碘单质易溶于四氯化碳，所以用四氯化碳检验碘单质时，混合液分层，下层为四氯化碳层，由于萃取了碘单质，下层液体的颜色为紫红色，
故答案为：液体分层，下层液体呈现紫红色；
（5）设碘酸钾的物质的量为x，根据反应KIO₃+5KI+3H₂SO₄=3K₂SO₄+3I₂+3H₂O、I₂+2S₂O₃ ^2-=2I^-+S₄ O₆^2-可得关系式：KIO₃～3I₂～6S₂O₃ ^2-，
则 KIO₃～3I₂～6S₂O₃ ^2-，
    1          6
    x     2.0×10^-3mol/L×0.01L
x=$\frac{2.0×1{0}^{-3}mol/L×0.01L×1}{6}$=$\frac{1}{3}$×10^-5mol，
根据碘原子守恒知，碘元素的质量=$\frac{1}{3}$×10^-5mol×127g/mol=$\frac{127}{3}$×10^-5mg，
所以碘元素的质量分数为：$\frac{\frac{127}{3}×1{0}^{-5}×1{0}^{3}mg}{w×1{0}^{-3}kg}$×100%=$\frac{1270}{3w}$mg/kg，
故答案为：$\frac{1270}{3w}$；
（6）①酸性条件下，碘离子被氧气氧化生成碘单质，离子反应方程式为：4I^-+4H⁺+O₂=2I₂+2H₂O；
故答案为：4I^-+4H⁺+O₂=2I₂+2H₂O；
②酸性条件下，过量的碘离子易被空气中氧气氧化生成碘单质，导致测定结果偏大，
故答案为：因加入了过量KI溶液，乙实验结果会偏大．

点评 本题考查了碘酸钾的制备、实验操作评价以及有关计算，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．