Question

【題目】二氧化氯（ClO2)被聯合國世界衛生組織（WHO)列為AⅠ級高效安全滅菌消毒劑。常溫下二氧化氯為黃綠色氣體，其熔點為-59.5℃，沸點為11.0℃，能溶于水，不與水反應。溫度過高，二氧化氯的水溶液可能爆炸。某研究性學習小組擬用下圖所示裝置制取并收集ClO2。（加熱和夾持裝置均省略）

(1)在圓底燒瓶中先放入一定量的KClO3和草酸(H2C2O4)，然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之間生成C1O2、CO2和一種硫酸鹽，該反應的化學方程式為____________________。

(2)A裝置中使用溫度計的目的________________。反應開始后，可以觀察到圓底燒瓶內的現象是________。

(3)B裝置的作用是______________。

(4)D裝置中的NaOH溶液吸收尾氣中的ClO2，生成物質的量之比為的1：1的兩種鹽，一種為NaClO2，另一種為________。

(5)ClO2很不穩定，需隨用隨制，產物用水吸收得到ClO2溶液。為測定所得溶液中ClO2的含量，進行了下列實驗：

步驟1：量取ClO2溶液10.0mL，稀釋成100.,0mL試樣；量取V1mL試樣加入到錐形瓶中；

步驟2：調節試樣的pH≤2.0，加入足量的KI晶體，振蕩后，靜置片刻；

步驟3：加入指示劑X，用cmol·L-1Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液V2mL。

(已知：2ClO2+8H++10I-=5I2+2Cl-+4H2O；2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)

指示劑X為________。原ClO2溶液的濃度為_________g·L-1(用含字母的代數式表示)。

(6)有同學認為KC1O3在酸性條件下與草酸反應會生成KCl。請設計實驗證明A裝置反應后的溶液中是否存在C1-，簡要寫出所需試劑、實驗操作、現象和結論。（已知：AgClO3可溶于水）

_____________________________。

Answer 1

【答案】 2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑ 控制溫度，避免溫度過高引起爆炸 溶液中有氣泡逸出，圓底燒瓶內產生黃綠色氣體 將C1O2冷凝并收集 NaClO3 淀粉溶液 取少量A裝置反應后的溶液于試管中，加入足量Ba(NO3)2溶液，充分反應后靜置，取上層清液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀產生。若有，則存在Cl-；若無，則不存在Cl-

【解析】本題考查實驗方案設計與評價，（1）根據題干信息，硫酸鹽是K2SO4，KClO3和草酸(H2C2O4)，然后再加入足量的稀硫酸，在60℃～80℃之間生成ClO2、CO2和一種硫酸鹽，因此有KClO3＋H2C2O4＋H2SO4→ClO2↑＋CO2↑＋K2SO4＋H2O，KClO3中Cl的化合價由＋5價→＋4價，化合價降低1價，H2C2O4中C由＋3價→＋4價，化合價共升高2價，最小公倍數是2，然后根據原子守恒，配平其他，即2KClO3＋H2C2O4＋H2SO4 K2SO4＋2ClO2↑＋2H2O＋2CO2↑；（2）溫度過高，二氧化氯的水溶液可能爆炸，以及60℃～80℃之間生成ClO2，因此溫度計的作用是控制溫度，防止溫度過高引起爆炸；ClO2是黃綠色氣體，因此反應開始后，燒瓶內的現象是溶液中有氣泡逸出，圓底燒瓶內產生黃綠色氣體；（3）ClO2熔點為-59.5℃，沸點為11.0℃，因此裝置B的作用是將ClO2冷凝并收集；（4）ClO2中Cl顯＋4價，NaClO2中的Cl的化合價為＋3價，此反應是氧化還原反應，有化合價的升高就有化合價降低，設另一種鹽中氯元素的化合價為X，生成兩種鹽的物質的量為1：1，根據得失電子數目守恒，1×1=1×(X－4)，即X=5，此鹽為NaClO3；（5）因為淀粉與碘單質變藍，因此選用的指示劑為淀粉溶液，根據兩個反應方程式，建立的關系是2ClO2～5I2～10Na2S2O3，因此ClO2的濃度為： g·L－1= g·L－1；（6）因為KClO3與草酸反應，環境是酸性，此酸為硫酸，因此檢驗Cl－時，應先除去SO42－，即具體操作是：取少量A裝置反應后的溶液于試管中，加入足量Ba(NO3)2溶液，充分反應后靜置，取上層清液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀產生。若有，則存在Cl－；若無，則不存在Cl－；