Question

用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質量為166 g·mol^－1）等新型凈水劑替代傳統的凈水劑Cl₂對淡水進行消毒是城市飲用水處理新技術。ClO₂和Na₂FeO₄在水處理過程中分別被還原為Cl^－和Fe^3＋。
(1)如果以單位質量的氧化劑所得到的電子數來表示消毒效率，那么ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是      ＞        ＞        。（填化學式）

(2)二氧化氯是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為－59℃，沸點為11.0℃，易溶于水。工業上用稍潮濕的KClO₃和草酸在60℃時反應制得。某學生用如上圖所示的裝置模擬工業制取及收集ClO₂，其中A為ClO₂的發生裝置，B為ClO₂的凝集裝置，C為尾氣吸收裝置。請問：
①A中反應還原劑與氧化劑的物質的量之比為1:2，該反應的化學方程式為         。
A部分還應添加溫度控制（如水浴加熱）裝置，B部分還應補充什么裝置：        ；
②該裝置按①補充完整后，裝置A、B、C中還有一處設計明顯不合理的是         _ 
(填“A、B或C”)，理由是                                                  
③C中的試劑為NaOH溶液，反應時生成氯酸鈉和亞氯酸鈉(NaClO₂)，發該反應的離子方程式為                           。若實驗時需要450mL 4mol／L的NaOH溶液，則在精確配制時，需要稱取NaOH的質量是      g，所使用的儀器除托盤天平、量筒、膠頭滴管、玻璃棒外，還必須有            。

Answer 1

（1）ClO₂  Cl₂  Na₂FeO₄（1分）；
（2）①2KClO₃+H₂C₂O₂=K₂CO₃+2ClO₂↑+CO₂↑+H₂O（2分） 盛有冰水混合物的水槽（1分）
②C(1分)；儀器C沒有使瓶內外壓強相等，氣體不能順利通過。（1分）
③2ClO₂＋2OH^-= ClO₂^-＋ClO₃^-＋H₂O（1分）   80.0（2分）
500ml容量瓶（1分）燒杯  (1分)

解析試題分析：（1）ClO₂中Cl元素由+4價降低為-1價，1molClO₂轉移5mol電子，消毒效率可表示為：5/67.5mol/g，1molNa₂FeO₄轉移3mol電子，消毒效率可表示為：3/166mol/g，1molCl₂轉移2mol電子，消毒效率可表示為：2/71mol/g,由大到小的順序為：ClO₂>Cl₂>Na₂FeO₄。
（2）①KClO₃把H₂C₂O₂氧化為CO₂，根據還原劑與氧化劑的物質的量之比為1:2，可寫出化學方程式；因為ClO₂的沸點為11.0℃，極易揮發，所以應加盛有冰水混合物的水槽冷卻，使ClO₂冷凝為液體。
②C部分的試劑瓶塞上了橡皮塞，會造成瓶內外壓強不相等，氣體不能順利通過，故C裝置設計不合理。
③NaOH吸收ClO₂生成HClO₃和NaClO₂，根據原子守恒，還有H₂O生成，配平可得離子方程式；配制450mlNaOH溶液需要500ml容量瓶，NaOH的質量為：0.5L×4mol/L×40g/mol=80.0g，有效數字應與托盤天平的讀數對應；溶質需要在燒杯中溶解，儀器還缺燒杯。
考點：本題考查氧化還原反應的計算、化學方程式和離子方程式的書寫、化學實驗基本儀器和基本操作。