Question

8．ClO₂是一种高效水处理剂，某实验小组用如图所示装置制取并收集ClO₂．已知：

信息	内容
①	ClO2为黄绿色气体，极易溶于水，熔点为-59℃，沸点为11℃，具有强氧化性
②	ClO2易爆炸，若用惰性气体等稀释，则爆炸的可能性大降低
③	HClO4、HClO2均是强酸，HClO4为无色透明液体，沸点为90℃；HClO2很不稳定，容易分解

（1）仪器a名称是圆底烧瓶．装置A中反应的化学方程式为2KClO₃+H₂C₂O₄=K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O．用H₂C₂O₄、稀硫酸和KClO₃制备ClO₂的最大优点是二氧化氯被二氧化碳稀释，可防止二氧化氯爆炸．
（2）装置C的作用是防止倒吸，装置B中用冰水浴的目的是冷凝并分离出二氧化氯．
（3）工业上生产HClO₄和NaClO₂的工艺流程如图所示．

①操作2的名称是蒸馏；
②设计简单实验证明HClO₂为弱酸：在常温下测定NaClO₂溶液的PH值，若PH值大于7，则为HClO₂弱酸．
（4）ClO₂很不稳定，需用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液，为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行下列实验：
步骤1：准确量取V₁ mLClO₂溶液于锥形瓶中．
步骤2：用稀硫酸调节ClO₂溶液的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻．
步骤3：加入指示剂，用c mol•L^-1•的Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL．
实验中加入的指示剂是淀粉溶液，达到滴定终点时的现象是溶液由蓝色变为无色，且保持30s不变．
原溶液中ClO₂的含量为$\frac{13.5cV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）g•L^-1．（已知：2ClO₂+8H⁺+10I^-═2Cl^-+5I₂+4H₂，2S₂O₃^2-+I₂═2I^-+S₂O₃^2-）

Answer 1

分析 根据装置图可知，该 实验用草酸在酸性条件下还原氯酸钾制二氧化氯，装置B有冰水冷却产生的二氧化氯并收集，实验中尾气中含有二氧化氯等气体会污染空气，所以用氢氧化钠进行尾气吸收，由于ClO₂极易溶于水，所以要用装置C防止氢氧化钠溶液倒吸，
（1）根据装置图可知仪器名称，用草酸在酸性条件下还原氯酸钾制二氧化氯，可得到二氧化氯和二氧化碳的混合气体，二氧化氯被稀释，可防止二氧化氯爆炸；
（2）根据上面的分析可知，装置C可以防止倒吸，装置B冷凝并分离出二氧化氯；
（3）由流程图可知，反应器中浓硫酸与氯酸钠反应生成ClO₂、HClO₄、硫酸氢钠，ClO₂再经过反应可生成NaClO₂，
①操作2为从溶液中获得HClO₄为无色透明液体，即分离两种熔点不同的液体，可以用蒸馏的方法；
②根据盐类水解的原理，测定NaClO₂溶液的PH值，可判断HClO₂是否为强酸；
（4）用Na₂S₂O₃溶液滴定I₂，滴定终点时，I₂完全反应，可以用淀粉溶液作指示剂，滴定终点时溶液由蓝色变为无色；根据元素守恒结合反应得到关系式2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃计算c（ClO₂）．

解答 解：根据装置图可知，该 实验用草酸在酸性条件下还原氯酸钾制二氧化氯，装置B有冰水冷却产生的二氧化氯并收集，实验中尾气中含有二氧化氯等气体会污染空气，所以用氢氧化钠进行尾气吸收，由于ClO₂极易溶于水，所以要用装置C防止氢氧化钠溶液倒吸，
（1）根据装置图可知a仪器名称为圆底烧瓶，用草酸在酸性条件下还原氯酸钾制二氧化氯，反应的方程式为2KClO₃+H₂C₂O₄=K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O，可得到二氧化氯和二氧化碳的混合气体，该反应的优点是二氧化氯被二氧化碳稀释，可防止二氧化氯爆炸，
故答案为：圆底烧瓶；2KClO₃+H₂C₂O₄=K₂CO₃+CO₂↑+2ClO₂↑+H₂O；二氧化氯被二氧化碳稀释，可防止二氧化氯爆炸；
（2）根据上面的分析可知，装置C可以防止倒吸，装置B用冰水浴可以冷凝并分离出二氧化氯，
故答案为：防止倒吸；冷凝并分离出二氧化氯；
（3）由流程图可知，反应器中浓硫酸与氯酸钠反应生成ClO₂、HClO₄、硫酸氢钠，ClO₂再经过反应可生成NaClO₂，
①操作2为从溶液中获得HClO₄为无色透明液体，即分离两种熔点不同的液体，可以用蒸馏的方法，
故答案为：蒸馏；
②证明HClO₂为弱酸的方法是，在常温下测定NaClO₂溶液的PH值，若PH值大于7，则为HClO₂弱酸，
故答案为：在常温下测定NaClO₂溶液的PH值，若PH值大于7，则为HClO₂弱酸；
（4）用Na₂S₂O₃溶液滴定I₂，滴定终点时，I₂完全反应，可以用淀粉溶液作指示剂，滴定终点时溶液由蓝色变为无色，且保持30s不变，由反应可得关系式：2ClO₂～5I₂～10S₂O₃^2-，可知V₁mL×c（ClO₂）：V₂mL×c（Na₂S₂O₃）=2：10，则V₁mL×c（ClO₂）：V₂mL×c mol．L^-1，故c（ClO₂）=$\frac{cV{\;}_{2}}{5V{\;}_{1}}$mol/L，则其含量为 $\frac{cV{\;}_{2}}{5V{\;}_{1}}$mol/L×67.5g/mol=$\frac{13.5cV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L，
故答案为：淀粉溶液；溶液由蓝色变为无色，且保持30s不变；$\frac{13.5cV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L．

点评 本题考查物质制备实验与工艺流程，注意对题目信息的应用，较好的考查学生获取信息的能力与知识迁移运用，难度中等．