Question

某研究小組用黃鐵礦(FeS₂)、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應制備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，副反應增加，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） 據圖可知，反應時需要控制的適宜溫度是________℃，要達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SO₄^2-，請寫出FeS₂、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應生成二氧化氯(ClO₂)的離子方程式：______________________。
（3） 該小組擬以“m(ClO₂)/m(NaClO₃)”作為衡量ClO₂產率的指標。若取NaClO₃樣品6.0 g，通過反應和吸收獲得400 mL ClO₂溶液，取此溶液20 mL與37.00 mL 0.500 mol·L^－1 (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液充分反應后，過量的Fe^2＋再用0.050 0 mol·L^－1 K₂Cr₂O₇標準溶液滴定至終點，消耗K₂Cr₂O₇標準溶液20.00 mL。反應原理為：
4H^＋＋ClO₂＋5Fe^2＋=Cl^－＋5Fe^3＋＋2H₂O
14H^＋＋Cr₂O₇^2-＋6Fe^2＋=2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O
試計算ClO₂的“產率”(寫出計算過程)。

Answer 1

（1）30℃(2分)　水浴加熱(或水浴控制恒溫等合理答案均可)(2分)
（2）15ClO₃^-＋FeS₂＋14H^＋=15ClO₂＋Fe^3＋＋7H₂O＋2SO₄^2-(2分)
（3）由Cr₂O₇^2-　　～　　　　　　6Fe^2＋
　　　1　　　　　　　　　　　6
0．05 mol·L^－1×20 mL×10^－3　　n(Fe^2＋)
得n(Fe^2＋)＝6×10^－3 mol
由ClO₂　　～　　5Fe^2＋
1　　　　　　　5
n(ClO₂)　0.5 mol·L^－1×37 mL×10^－3－6×10^－3 mol
得n(ClO₂) ＝2.5×10^－3 mol
所以，ClO₂的產率＝[(2.5×10^－3 mol×20×67.5 g·mol^－1)/6.0 g]×100%＝56.25%(7分)

解析試題分析：：（1）ClO₂氣體的純度，且會影響ClO₂的吸收率，依據圖象分析溫度再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；故答案為：30℃；水浴加熱；（2）用黃鐵礦（FeS₂）、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應制備ClO₂氣體，氯酸跟離子在酸溶液中具有強氧化性，氧化FeS₂為硫酸鐵和硫酸，本身被還原為反應的離子方程式為ClO₂；結合原子守恒、電子守恒配平寫出離子方程式為：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
答案為：15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂+Fe³⁺+7H₂O+2SO₄^2-；
（3）由Cr₂O₇^2-　　～　　　　　　6Fe^2＋
　　 　1　　　　　　　　　　  　6
0．05 mol·L^－1×20 mL×10^－3　　  n(Fe^2＋)
得n(Fe^2＋)＝6×10^－3 mol
由ClO₂　　～　　5Fe^2＋
1　　　　　　　5
n(ClO₂)　0.5 mol·L^－1×37 mL×10^－3－6×10^－3 mol
得n(ClO₂) ＝2.5×10^－3 mol
所以，ClO₂的產率＝[(2.5×10^－3 mol×20×67.5 g·mol^－1)/6.0 g]×100%＝56.25%。
考點：本題考查了化學方程式計算應用，反應條件選擇，離子方程式書寫，題目難度中等。