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20.世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒,而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯.二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体,易溶于水、不稳定、呈黄绿色,在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释,同时需要避免光照、震动或加热.实验室以电解法制备ClO2的流程如下:

已知:①NCl3是黄色黏稠状液体或斜方形晶体,极易爆炸,有类似氯气的刺激性气味,自然爆炸点为95℃,在热水中易分解,在空气中易挥发,不稳定.②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝.
回答下列问题:
(1)电解时,发生反应的化学方程式为NH4Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NCl3+3H2↑.实验室制备气体B的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O,为保证实验的安全,在电解时需注意的问题是:①控制好生成NCl3的浓度;②控制好反应温度.
(2)NCl3与NaClO2(亚氯酸钠)按物质的量之比为1:6混合,在溶液中恰好反应生成ClO2,该反应的离子方程式为NCl3+6ClO2-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-
(3)ClO2很不稳定,需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液,为测定所得溶液中ClO2的含量,进行了下列实验:
步骤1:准确量取ClO2溶液10mL,稀释成100mL试样;
步骤2:量取V1 mL试样加入到锥形瓶中,调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,摇匀,在暗处静置30min.
步骤3:以淀粉溶液作指示剂,用c mol/L Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液V2mL.(已知I2+2
S2O32-=2I-+S4O62-
①上述步骤3中滴定终点的现象是最后一滴滴入后,溶液从蓝色变成无色,且30s内不变色;
②根据上述步骤可计算出原ClO2溶液的浓度为$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L(用含字母的代数式表示).

分析 NH4Cl溶液中加入盐酸进行电解得到NCl3,结合元素守恒可知,生成的气体A为H2,NCl3溶液中加入NaClO2溶液,得到ClO2与气体B,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则B为NH3
(1)由上述分析可知,电解发生反应:NH4Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NCl3+3H2↑;实验室用氯化铵与氢氧化钙在加热条件下制备氨气,反应生成氯化钙、氨气与水;
由题目信息可知,NCl3极易爆炸,尽量用稀有气体进行稀释,在热水中易分解,电解中应注意:控制好生成NCl3的浓度,控制好反应温度;
(2)NCl3与NaClO2按物质的量之比为1:6混合,在溶液中恰好反应生成ClO2与NH3,由氢元素守恒可知,有水参加反应,1molNCl3得到1molNH3,由ClO2-、ClO2中Cl原子与O原子之比均为1:2,结合电荷守恒可知,反应还生成NaCl与NaOH;
(3)①碘反应完毕,加入最后一滴Na2S2O3溶液,溶液蓝色褪去;
②ClO2与I-反应得到Cl-与I2,由电子转移守恒及已知反应,可得关系式:2ClO2~5I2~10S2O32-,据此计算V1 mL试样中ClO2的物质的量,进而计算100mL溶液中ClO2的物质的量,再结合m=nM计算原10mL溶液中ClO2的浓度.

解答 解:NH4Cl溶液中加入盐酸进行电解得到NCl3,结合元素守恒可知,生成的气体A为H2,NCl3溶液中加入NaClO2溶液,得到ClO2与气体B,气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则B为NH3
(1)由上述分析可知,电解发生反应:NH4Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NCl3+3H2↑;实验室用氯化铵与氢氧化钙在加热条件下制备氨气,反应生成氯化钙、氨气与水,反应方程式为:2NH4Cl+Ca(OH)2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O,
由题目信息可知,NCl3极易爆炸,尽量用稀有气体进行稀释,在热水中易分解,电解中应注意:控制好生成NCl3的浓度,控制好反应温度;
故答案为:NH4Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NCl3+3H2↑;2NH4Cl+Ca(OH)2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O;控制好反应温度;
(2)NCl3与NaClO2按物质的量之比为1:6混合,在溶液中恰好反应生成ClO2与NH3,由氢元素守恒可知,有水参加反应,1molNCl3得到1molNH3,由ClO2-、ClO2中Cl原子与O原子之比均为1:2,结合电荷守恒可知,反应还生成NaCl与NaOH,反应离子方程式为:NCl3+6ClO2-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-
故答案为:NCl3+6ClO2-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-
(3)①碘反应完毕,加入最后一滴Na2S2O3溶液,溶液蓝色变为无色,且30s内不变色,说明反应到达终点,
故答案为:溶液蓝色变为无色,且30s内不变色;
②ClO2与I-反应得到Cl-与I2,由电子转移守恒及已知反应,可得关系式:2ClO2~5I2~10S2O32-,则V1 mL试样中ClO2的物质的量为c mol/L×V2×10-3L×$\frac{1}{5}$,故100mL溶液中ClO2的物质的量为为c mol/L×V2×10-3L×5×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$,故原10mL溶液中ClO2的质量为c mol/L×V2×10-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$×68.5g/mol,
ClO2与I-反应得到Cl-与I2,由电子转移守恒及已知反应,可得关系式:2ClO2~5I2~10S2O32-,则V1 mL试样中ClO2的物质的量为c mol/L×V2×10-3L×$\frac{1}{5}$,故100mL溶液中ClO2的物质的量为c mol/L×V2×10-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$,故原10mL溶液中ClO2的质量为c mol/L×V2×10-3L×$\frac{1}{5}$×$\frac{100mL}{{V}_{1}mL}$×67.5g/mol=cV2×10-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g,即原溶液中ClO2的浓度为(cV2×10-3×$\frac{1}{5}$×$\frac{100}{{V}_{1}}$×67.5g)÷0.01L=$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$g/L,
故答案为:$\frac{135c{V}_{2}}{{V}_{1}}$.

点评 本题考查物质制备,为高频考点,涉及氧化还原反应滴定、离子方程式书写、电解原理等知识点,明确实验原理、物质性质、实验基本操作等是解本题关键,同时还考查计算能力,知道流程图中发生的反应及基本操作方法、物质成分等,难度中等.

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.固定和利用CO2,能有效地利用资源,并减少空气中的温室气体.
Ⅰ.工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法,该方法的化学方程式是:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol
某科学实验小组将6mol CO2和8mol H2充入一容积为2L的密闭容器中(温度保持不变),测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标).回答下列问题:
(1)该反应在0~8min内CO2的平均反应速率是0.125mol•L-1•min-1
(2)此温度下反应CH3OH(g)+H2O(g)?CO2(g)+3H2(g)的平衡常数K的数值为0.5.
(3)仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示.与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是升高温度,曲线Ⅱ改变的条件可能是增大压强.
Ⅱ.甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍,可连续使用1个月才充电一次.假定放电过程中,甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32-
(1)该电池负极的电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;电池在放电过程中溶液的pH将下降(填下降、上升、不变);
(2)又有科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高.一个电极通入空气,另一个电极通入汽油蒸汽.其中固体电解质在高温下能传导O2-离子.以丁烷(C4H10)代表汽油.
①电池的正极反应式为O2+4e-=2O2-
②放电时固体电解质里的O2-离子的移动方向是向负极移动(填正或负).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.某有机物 0.100mol 完全燃烧,生成 7.20g 水和 15.68L(标准状况)二氧化碳.又测定出此有机物的蒸气与相同状况下同体积的氢气质量比为 54:1.
(1)求此有机物的分子式.(要求有计算过程)
(2)已知该有机物与 FeCl3 溶液反应呈紫色,
推断该有机物可能的结构简式.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

8.t℃时,将3mol A和1mol B气体通入体积为2L的密闭容器中(容积不变),发生如下反应:3A(g)+B(g)?xC(g),2min时达到平衡状态(温度不变),剩余0.8mol B,并测得C的浓度为0.4mol/L,请填写下列空白:
(1)从开始反应到平衡状态,生成C的平均速率为0.2 mol•L-1•min-1
(2)x=4;
(3)若继续向原平衡混合物的容器中通入少量氦气,化学平衡C;
A.向正反应方向移动  B.向逆反应方向移动  C.不移动.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.下列有关化学用语使用正确的是(  )
A.磷(P)基态原子最外层轨道表示式:
B.钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式:
O2+4H++4e-═2H2O
C.葡萄糖的实验式:C6H12O6
D.氰基的电子式:

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.铁是目前人类使用量最大的金属,它能形成多种化合物.
(1)工业上,向炽热铁屑中通入氯化氢可生成无水氯化亚铁,若操作不当,制得的FeCl2会含有少量FeCl3,检验FeCl3常用的试剂是硫氰化钾溶液;为防止FeCl2溶液中含有FeCl3,最好在FeCl2溶液中加入铁粉.
(2)LiFePO4(难溶于水)材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一.
①以FePO4(难溶于水)、Li2CO3、单质碳为原料在高温下制备LiFePO4,同时伴随产生一种可燃性气体,该反应的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO4+3CO↑.若有1molC参与反应,则转移的电子数目为2NA
②磷酸铁锂动力电池有几种类型,其中一种(中间是锂离子聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,只允许锂离子通过)工作原理为FePO4+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO4,如下图所示.则放电时FePO4一端为电池的正极,充电时阳极上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+
(3)硫化亚铁常用于工业废水的处理.已知:25℃时,溶度积常数Ksp(FeS)=6.3×10-18、Ksp(CdS)=3.6×10-29.请写出用硫化亚铁处理含Cd2+的工业废水的离子方程式Cd2+(aq)+FeS(s)=Fe2+(aq)+CdS(s),在FeS、CdS的悬浊液中c(Fe2+):c(Cd2+)=1.75×1011
(4)已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此温度下若在实验室中配制5mol/L 100mL FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入2.5ml、2mol/L的盐酸(忽略加入盐酸体积).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

12.下列判断正确的是(  )
A.原子半径:S>O>NB.沸点:H2O>HF>H2S
C.离子半径:Cl->Al3+>Mg2+D.还原性:I->S2->Br-

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.铁矿石是工业炼铁的主要原料之一,其主要成分为铁的氧化物(设杂质中不含铁元素和氧元素,且杂质不与H2SO4反应).某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究.

Ⅰ.铁矿石中含氧量的测定
①按如图组装仪器,检验装置的气密性;
②将10.0g铁矿石放入硬质玻璃管中,装置B、C中的药品如图所示(夹持仪器均省略);
③从左端导气管口处不断地缓缓通入H2,待C装置出口处H2验纯后,点燃A处酒精灯;
④充分反应后,撤掉酒精灯,再持续通入氢气至完全冷却.
(1)补全步骤①的操作检验装置的气密性.
(2)装置C的作用为防止空气中的水蒸气和CO2进入B中,影响测定结果.
(3)测得反应后装置B增重2.7g,则铁矿石中氧的质量百分含量为24%.
Ⅱ.

(1)步骤④中煮沸的作用是赶走溶液中溶解的过量的Cl2
(2)下列有关步骤⑥的操作中说法正确的是bd.
a.滴定管用蒸馏水洗涤后可以直接装液
b.锥形瓶不需要用待测液润洗
c.滴定过程中,眼睛注视滴定管中液面变化
d.滴定结束后,30s内溶液不恢复原来的颜色,再读数
(3)若滴定过程中消耗0.5000mol•L-1的KI溶液22.50mL,则铁矿石中铁的质量百分含量为70%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.通过血液中的钙离子的检测能够帮助判断多种疾病.某研究小组为测定血液样品中Ca2+的含量(100ml血液中含Ca2+的质量),实验步骤如下:
①准确量取5.00ml血液样品,处理后配制成50.00ml溶液;
②准确量取溶液10.00ml,加入过量(NH42C2O4溶液,使Ca2+完全转化成CaC2O4沉淀;
③过滤并洗净所得CaC2O4沉淀,用过量稀硫酸溶解,生成H2C2O4和CaSO4稀溶液;
④加入12.00ml 0.0010mol•L-1的KMnO4溶液,使H2C2O4完全被氧化,离子方程式为:
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O;
⑤用0.0020mol•L-1 (NH42Fe(SO42溶液滴定过量的KMnO4溶液,消耗(NH42Fe(SO42溶液20.00mL.
(1)已知室温下CaC2O4的Ksp=2.0×10-9,欲使步骤②中c(Ca2+)≤1.0×10-5 mol•L-1,应保持溶液中c(C2O42-)≥2.0×10-4mol•L-1
(2)步骤⑤中有Mn2+生成,发生反应的离子方程式为MnO4-+8H++5Fe2+=Mn2++5Fe3++4H2O.
(3)若步骤⑤滴定管在使用前未用标准(NH42Fe(SO42溶液洗涤,测得血液中Ca2+的含量将偏低(填“偏高”、“偏低”或“不变”).
(4)计算血样中Ca2+的含量(写出计算过程).

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