Question

15．二氧化氯（ClO₂）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．工业上用潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60时反应制得．某学生拟有图1所示的装置模拟制取并收集ClO₂．

（1）B必须放在冰水浴中控制温度，其原因是使ClO₂充分冷凝，减少挥发
（2）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液．已知NaClO₂饱和溶液中在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂•3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂．根据图2所示的NaClO₂的溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂的操作步骤：a蒸发结晶；b趁热过滤；
③洗涤；④干燥．
（3）亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业．它在碱性环境中稳定存在．某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下．

①Ⅰ、Ⅲ中发生反应的还原剂分别是Na₂SO₃、H₂O（填化学式）．
②Ⅱ中反应的离子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
③A的化学式是H₂SO₄，装置Ⅲ中A在阳极区产生．
④ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备．写出该制备反应的化学方程式5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O．
⑤NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl．取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别与足量FeSO₄溶液反应时，消耗Fe²⁺的物质的量相同．（填“相同”，“不同”或“无法判断”）

Answer 1

分析 模拟制取并收集ClO₂时关注二氧化氯的特殊物理性质其熔点为-59℃，沸点为11.0℃，易溶于水，故制备时要适当控制温度防挥发，从尾气处理装置中得到的NaClO₂溶液中制得NaClO₂的操作蒸发结晶；
（1）二氧化氯的熔点较低，为收集二氧化氯，应在较低温度下进行；
（2）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法；
（3）硫酸钠溶液通入离子隔膜电解池中，ClO₂和双氧水在II中发生氧化还原反应生成NaClO₂和气体a，该反应中Cl元素化合价由+4价变为+3价，则O元素化合价由-1价变为0价，所以生成的气体a是O₂，离子反应方程式为2 ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2 ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；III中发生电解，根据图知，生成氢氧化钠，阴极上生成氢气同时阴极附近生成NaOH，所以生成的气体b是H₂；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，所以a是O₂，同时生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性条件下，I中NaClO₂、Na₂SO₃发生氧化还原反应，离子反应方程式为2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O；
①同一化学反应中，失电子化合价降低的反应物是还原剂；
②碱性条件下，ClO₂、H₂O₂发生氧化还原反应生成氧气、ClO₂^-和水；
③通过以上分析知，A是硫酸，硫酸在阳极附近生成；
④亚氯酸钠和稀盐酸反应生成ClO₂和NaCl、水；
⑤已变质和未变质的NaClO₂与Fe²⁺反应都生成Cl^-，根据转移电子守恒判断．

解答 解：（1）二氧化氯的熔点较低，为收集二氧化氯，应在较低温度下进行，所以应该采用冰水浴，故答案为：使ClO₂充分冷凝，减少挥发；
（2）从溶液中制取溶质，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，防止析出晶体NaClO₂•3H₂O，趁热过滤，故答案为：蒸发结晶；趁热过滤；
（3）硫酸钠溶液通入离子隔膜电解池中，ClO₂和双氧水在II中发生氧化还原反应生成NaClO₂和气体a，该反应中Cl元素化合价由+4价变为+3价，则O元素化合价由-1价变为0价，所以生成的气体a是O₂，离子反应方程式为2 ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2 ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；III中发生电解，根据图知，生成氢氧化钠，阴极上生成氢气同时阴极附近生成NaOH，所以生成的气体b是H₂；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，所以a是O₂，同时生成硫酸，所以A溶液是硫酸；酸性条件下，I中NaClO₂、Na₂SO₃发生氧化还原反应，离子反应方程式为2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O；
①同一化学反应中，失电子化合价降低的反应物是还原剂，I中反应方程式为2ClO₃^-+2H⁺+SO₃^2-=2ClO₂↑+SO₄^2-+H₂O，还原剂是Na₂SO₃；III中氧化剂和还原剂都是水，故答案为：Na₂SO₃；H₂O；
②碱性条件下，ClO₂、H₂O₂发生氧化还原反应生成氧气、ClO₂^-和水，离子方程式为2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-=2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
③通过以上分析知，电解硫酸钠溶液，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，同时生成硫酸，所以A是硫酸，硫酸在阳极附近生成，故答案为：H₂SO₄；阳；
④亚氯酸钠和稀盐酸反应生成ClO₂和NaCl、水，反应方程式为5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O，故答案为：5NaClO₂+4HCl=5NaCl+4ClO₂↑+2H₂O；
⑤Fe²⁺与变质前后的NaClO₂反应，最后的还原产物都是NaCl，根据电子守恒消耗的Fe²⁺物质的量应相同，故答案为：相同．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，明确I、II、III中发生的反应及物质的性质是解本题关键，难点是离子方程式的书写，同时考查学生分析问题、解决问题的能力，明确物质的性质是解本题关键，难度中等．