Question

【題目】二氧化氯（ClO2）廣泛應用于紙漿漂白、殺菌消毒和水凈化處理等領域。工業上利用甲醇還原NaClO3的方法制備ClO2，工藝流程如下：

已知：a．發生器中制備ClO2的反應：12NaClO3+8H2SO4+3CH3OH=12ClO2↑+3HCOOH+4Na3H(SO4)2↓+9H2Ob．相關物質的熔沸點：

（1）ClO2可用于紙漿漂白、殺菌消毒是因其具有_____性。

（2）冷卻塔用于分離ClO2并回收CH3OH，應控制的最佳溫度為 ______________（填字母）。

a．0~10℃ b．20~30℃ c．60~70℃

（3）可以獲得芒硝（Na2SO4·10H2O）并使部分原料循環利用。已知：Na2SO4·10H2O和Na2SO4的溶解度曲線如圖：

① Na3H(SO4)2處理器中獲得芒硝時需加入NaClO3固體，從芒硝溶解平衡的角度解釋其原因 __（結合方程回答）。

②結合Na2SO4·10H2O和Na2SO4的溶解度曲線，過程Ⅱ的操作是：在32.4℃恒溫蒸發，_______。

③Na3H(SO4)2處理器的濾液中可以循環利用的原料是NaClO3和_____。

（4）為測定存儲罐中所得溶液中ClO2的含量，進行了以下實驗：

步驟1：準確量取ClO2溶液10.00 mL，稀釋成100 mL試樣。

步驟2：量取V1mL試樣加入到錐形瓶中，調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，搖 勻，在暗處靜置30分鐘。(已知：ClO2＋I－＋H+—I2＋Cl－＋H2O 未配平)

步驟3：以淀粉溶液作指示劑，用c mol·L－1Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液V2 mL。（已知：I2＋2S2O32-＝2I－＋S4O62-）

①準確量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃儀器是______。

②若實驗中使用的Na2S2O3標準溶液部分因被氧氣氧化而變質,則實驗結果_____ (填“偏高”、“偏低”或“無影響”)

③根據上述步驟可計算出原ClO2溶液的濃度為_____mol·L-1（用含字母的代數式表示）。

（5）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力。ClO2的有效氯含量為_______。(計算結果保留兩位小數)

Answer 1

【答案】氧化 B Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移動，使Na2SO410H2O晶體析出 冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥 H2SO4 酸式滴定管 偏高 2.63g

【解析】

發生器中發生反應：12NaClO3+8H2SO4+3CH3OH═12ClO2↑+3HCOOH+4Na3H(SO4)2↓+9H2O，過濾得到不溶性Na3H(SO4)2濾渣和含有CH3OH等物質的濾液，濾液在冷卻塔中冷卻分離出ClO2氣體，含有CH3OH等物質的濾液循環到發發生器中，充分利用原料CH3OH和NaClO3，ClO2氣體在吸收塔中冰水冷卻至液體ClO2儲存；處理器中，Na3H(SO4)2濾渣在Na+作用下與水轉化為Na2SO410H2O和H2SO4，過濾得到芒硝Na2SO410H2O，濾液中的H2SO4和NaClO3循環到發生器中充分利用，據此分析解答(1)～(3)；

(4)ClO2溶液顯酸性，結合2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O、I2+2S2O32-═2I-+S4O62-得關系式ClO2～5S2O32-，據此計算原ClO2溶液的濃度；

(5)根據每克含氯消毒劑轉移的電子，結合ClO2～Cl-～5e-，Cl2～2Cl-～2e-分析計算。

(1)ClO2具有強氧化性，可用于紙漿漂白、殺菌消毒，故答案為：氧化；

(2)ClO2的沸點為11℃，CH3OH沸點為65℃，便于分離氣態的ClO2和液態的含有CH3OH的濾液，冷卻塔中控制的溫度在11～65℃之間，結合后續實驗的冷卻，則最佳溫度應該控制在20～30℃，故答案為：B；

(3)①Na2SO410H2O晶體在溶液中存在溶解和結晶的平衡，即Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，根據平衡移動原理可知，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移動，使Na2SO410H2O晶體析出，故答案為：Na2SO410H2O(s)2Na+(aq)+SO42-(aq)+10H2O(l)，加入NaClO3使溶液中c(Na+)增大，平衡逆向移動，使Na2SO410H2O晶體析出；

②由Na2SO410H2O和Na2SO4的溶解度曲線可知，32.4℃時Na2SO410H2O和Na2SO4的溶解度均處于最大，但Na2SO410H2O的溶解度隨溫度的升高而增大，Na2SO4的溶解度隨溫度的升高而較小，防止Na2SO4結晶析出，應采用降溫結晶法得到Na2SO410H2O，即恒溫蒸發濃縮溶液、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；

③在Na+作用下，Na3H(SO4)2濾渣在處理器中與水轉化為Na2SO410H2O和H2SO4，過濾得到芒硝Na2SO410H2O，濾液中的H2SO4和NaClO3循環到發發生器中充分利用，故答案為：H2SO4。

(4)①ClO2溶液顯酸性，所以準確量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃儀器是酸式滴定管，故答案為：酸式滴定管；

②Na2S2O3標準溶液部分因被氧氣氧化而變質，則消耗的Na2S2O3標準溶液體積偏大，根據I2＋2S2O32-＝2I－＋S4O62-，2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O可知，測得的ClO2偏多，導致測定結果偏高，故答案為：偏高；

③由方程式2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O、I2+2S2O32-═2I-+S4O62-得關系式ClO2～5S2O32-，n(S2O32-)=cV2×10-3mol，所以V1mL ClO2的溶液中含有的ClO2的物質的量為2cV2×10-4mol，則10mL的原溶液含有ClO2的物質的量為：2cV2×10-4mol×=×10-2mol，所以原ClO2溶液的物質的量濃度為=mol/L，故答案為：；

(5)根據有效氯定義，1gC1O2的物質的量為mol，依據電子轉移數目相等，ClO2～Cl-～5e-，Cl2～2Cl-～2e-，則轉移電子為mol，可知氯氣的物質的量為×mol，則氯氣的質量為×mol×71g/mol=2.63g，故答案為：2.63g。