Question

【題目】某研究小組用黃鐵礦(FeS2)、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)制備ClO2氣體，再用水吸收該氣體可得ClO2溶液。在此過程中需要控制適宜的溫度，若溫度不當(dāng)，副反應(yīng)增加，影響生成ClO2氣體的純度，且會影響ClO2的吸收率，具體情況如圖所示。

（1） 據(jù)圖可知，反應(yīng)時需要控制的適宜溫度是________℃，要達(dá)到此要求需要采取的措施是______________。

（2） 已知：黃鐵礦中的硫元素在酸性條件下可被ClO3-氧化成SO42-，請寫出FeS2、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)生成二氧化氯(ClO2)的離子方程式：______________________。

（3） 該小組擬以“”作為衡量ClO2產(chǎn)率的指標(biāo)。若取NaClO3樣品6.0 g，通過反應(yīng)和吸收獲得400 mL ClO2溶液，取此溶液20 mL與37.00 mL 0.500 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液充分反應(yīng)后，過量的Fe2＋再用0.050 0 mol·L－1K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL。反應(yīng)原理為：4H＋＋ClO2＋5Fe2＋=Cl－＋5Fe3＋＋2H2O；14H＋＋Cr2O72-＋6Fe2＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；

試計算ClO2的“產(chǎn)率” _______________ (寫出計算過程)。

Answer 1

【答案】30℃ 水浴加熱（或水浴控制恒溫） 15ClO3-+FeS2+14H+=15ClO2+Fe3++7H2O+2SO42- 與K2Cr2O7反應(yīng)的n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×20×10-3L×0.0500mol/L=6×10-3mol；與ClO2反應(yīng)的n（Fe2+）=37×10-3L×0.0500mol/L-6×10-3mol=1.25×10-2mol；n(ClO2)=×1.25×10-2mol=2.5×10-3mol；ClO2的產(chǎn)率=

【解析】

（1）依據(jù)圖象分析溫度在30°C時ClO2的吸收率最大純度90%以上；控制100°C以下的 溫度需要用水浴加熱；

（2）用黃鐵礦（FeS2）、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應(yīng)制備ClO2氣體，依據(jù)原子守恒，電子守恒和電荷守恒配平書寫離子方程式；

（3）依據(jù)化學(xué)方程式的定量關(guān)系列式計算，以“”作為衡量ClO2產(chǎn)率的指標(biāo)。

（1）據(jù)圖可知，在20℃反應(yīng)時ClO2氣體制取純度高，但是氣體的吸收率較低，在30℃無論是反應(yīng)制取ClO2氣體純度高還是氣體的吸收率都較高。若溫度再升高，制取ClO2氣體純度高還是氣體的吸收率都降低。所以需要控制的適宜溫度是30℃；達(dá)到此要求采取的適宜措施是水浴加熱（或水浴控制恒溫）；

(2)黃鐵礦中的硫元素在酸性條件下被ClO3－氧化成SO42－，制備二氧化氯的離子方程式為15ClO3－＋FeS2＋14H＋=15ClO2↑＋Fe3＋＋7H2O＋2SO42－；

（3）由方程式4H++ClO2+5Fe2+=Cl-+5Fe3+ +2H2O、14H+ + Cr2O72-+6 Fe2+ =2Cr3+ + 6 Fe3+ +7H2O可結(jié)合電子得失守恒可得1×n(Fe2+)=5×n(ClO2)+2×3×n(Cr2O72-)，與K2Cr2O7反應(yīng)的n（Fe2+）=6n（Cr2O72-）=6×20×10-3L×0.0500mol/L=6×10-3mol；與ClO2反應(yīng)的n（Fe2+）=37×10-3L× 0.0500mol/L -6×10-3mol=1.25×10-2mol。所以n(ClO2)=×1.25×10-2mol=2.5×10-3mol。ClO2的產(chǎn)率=。