Question

【題目】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Fe3+ ．
（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

【答案】
（1）ClO2；Cl2；Na2FeO4
（2）4FeO42﹣+10H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑
（3）CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；催化劑；1：6.1
（4）（冰水）冷凝；NaOH溶液；2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O
【解析】解：（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；故答案為：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：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；故答案為：4FeO42﹣+10 H2O=4Fe（OH）3+8OH﹣+3O2↑；（3）①甲醇與氯氣在水溶液中發生氧化還原反應生成氯化氫和二氧化碳，所以第二步反應的離子方程式為：CH3OH+3Cl2+H2O=6Cl﹣+CO2+6H+；故答案為：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；故答案為：催化劑；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；
故答案為：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；故答案為：（冰水）冷凝；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；故答案為：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O．
（1）依據取1molClO2、Cl2、Na2FeO4 ， 分別計算在氧化還原反應中元素化合價變化數目判斷解答；（2）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，據此寫出反應的離子方程式；（3）①甲醇與氯氣在水溶液中發生氧化還原反應生成氯化氫和二氧化碳；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，結合催化劑的概念解答；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，據此計算解答；（4）①依據ClO2的沸點低，容易揮發的性質解答；
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，二者反應生成NaClO2、NaClO3、H2O．