Question

用二氧化氯（ClO₂）、鐵酸鈉（Na₂FeO₄摩爾質量為166g/mol）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________＞__________＞__________。
（2）Na₂FeO₄溶于水會放出一種無色無味氣體，其殺菌消毒、吸附水中的懸浮雜質的原理可用離子方程式表示為_______________。
（3）工業以CH₃OH與NaClO₃為原料在酸性條件下制取ClO₂，同時產生CO₂氣體，已知該反應分為兩步進行，第一步為2ClO₃^-＋2Cl^－＋4H^＋＝2ClO₂↑＋Cl₂↑＋2H₂O。
①寫出第二步反應的離子方程式______________。
②工業生產時需在反應物中加少量Cl^－，其作用是________________。
③生產中會發生副反應ClO₃^-＋Cl^－＋H^＋－Cl₂↑＋H₂O（未配平），若測得反應后的混合氣體中Cl₂的體積分數為3／73，則起始投料時CH₃OH與NaClO₃的物質的量之比為____________。
（4）已知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。ClO₂也可以看做是亞氯酸（HClO₂）和氯酸（HClO₃）的混合酸酐。工業上用稍潮濕的KClO₃和草酸在60℃時反應制得。某學生用如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___________；
②C中應裝的試劑為____________。C中發生反應的化學方程式為：________________。

Answer 1

（1）ClO₂; Cl₂  Na₂FeO₄ （2） 4FeO₄^2-+10 H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑（3） ①CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+ CO₂+6H⁺.②催化劑③1:6.1（4）①（冰水）冷凝②NaOH溶液 2ClO₂+2NaOH=NaClO₂+NaClO₃+H₂O

試題分析：（1） ClO₂、Na₂FeO₄、Cl₂三種消毒殺菌劑的消毒效率分別是ClO₂: 67.5g÷5mol=" 13.5g/mol;" Na₂FeO₄: 166g÷3mol=55.33g/mol;Cl₂:71g/ 2mol=35.5g/mol.所以三種消毒殺菌劑的消毒效率由大到小的順序是ClO₂> Cl₂>Na₂FeO₄. （2） 根據題意可得Na₂FeO₄把H₂O氧化為O₂，氧氣殺菌消毒，它本身被還原為Fe3⁺。Fe³⁺水解產生Fe（OH）₃膠體吸附水中的懸浮物質。從而凈化了水。該反應的離子方程式為：4FeO₄^2-+10 H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑。（3）①第二步反應的離子方程式為：CH₃OH+3Cl₂+H₂O=6Cl^-+ CO₂+6H⁺。②由①中的兩個反應方程式可以看出若轉移相同的電子，Cl-的消耗與產生量相等。之所以在工業生產時要在反應物中加少量Cl^－，是因為Cl^-起作催化劑作用。③將第一步與第二步的方程式疊加可得總方程式：6ClO₃^-＋CH₃OH＋6H^＋=CO₂↑+6ClO₂↑＋5H₂O。將副反應ClO₃^-＋Cl^－＋H^＋－Cl₂↑＋H₂O配平可得：ClO₃^-＋5Cl^－＋6H^＋=3Cl₂↑＋3H₂O若測得反應后的混合氣體中Cl₂的體積分數為3／73，假設氣體的總物質的量為73mol，則Cl₂為3mol；CO₂和ClO₂總物質的量為70mol。產生3mol的Cl₂消耗NaClO₃的物質的量1mol；根據方程式6ClO₃^-＋CH₃OH＋6H^＋=CO₂↑+6ClO₂↑＋5H₂O可知產生CO₂和ClO₂總物質的量為70mol消耗CH₃OH的物質的量為10mol；消耗 NaClO₃的物質的量為60mol。所以共消耗CH₃OH的物質的量為10mol；消耗 NaClO₃的物質的量為60mol+3mol=61mol。因此起始投料時CH₃OH與NaClO₃的物質的量之比為10:61=1:6.1.（4） ①因為ClO₂的沸點低，容易揮發，所以B部分還應補充的裝置是冷凝裝置。可以用冰水進行降溫。②C為尾氣吸收裝置，由于ClO₂能與堿發生反應，所以通常用NaOH溶液來吸收。反應的方程式為：2ClO₂+2NaOH=NaClO₂+NaClO₃+H₂O。₂的制法、性質及涉及的化學反應原理。主要包括氧化還原反應的化學方程式、離子方程式的配平、書寫、實驗裝置的選擇、應用和有關計算的知識。