Question

用二氧化氯（ClO 2 ）、铁酸钠（Na 2 FeO 4 摩尔质量为166g/mol）等新型净水剂替代传统的净水剂Cl 2 对淡

用二氧化氯（ClO 2 ）、铁酸钠（Na 2 FeO 4 摩尔质量为166g/mol）等新型净水剂替代传统的净水剂Cl 2 对淡水进行消毒是城市饮用水处理新技术。ClO 2 和Na 2 FeO 4 在水处理过程中分别被还原为Cl － 和Fe 3 ＋ 。（1）如果以单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率，那么，ClO 2 、Na 2 FeO 4 、Cl 2 三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是________＞__________＞__________。（2）Na 2 FeO 4 溶于水会放出一种无色无味气体，其杀菌消毒、吸附水中的悬浮杂质的原理可用离子方程式表示为_______________。（3）工业以CH 3 OH与NaClO 3 为原料在酸性条件下制取ClO 2 ，同时产生CO 2 气体，已知该反应分为两步进行，第一步为2ClO 3 - ＋2Cl － ＋4H ＋ ＝2ClO 2 ↑＋Cl 2 ↑＋2H 2 O。①写出第二步反应的离子方程式______________。②工业生产时需在反应物中加少量Cl － ，其作用是________________。③生产中会发生副反应ClO 3 - ＋Cl － ＋H ＋ －Cl 2 ↑＋H 2 O（未配平），若测得反应后的混合气体中Cl 2 的体积分数为3／73，则起始投料时CH 3 OH与NaClO 3 的物质的量之比为____________。（4）已知二氧化氯是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为－59℃，沸点为11.0℃，易溶于水。ClO 2 也可以看做是亚氯酸（HClO 2 ）和氯酸（HClO 3 ）的混合酸酐。工业上用稍潮湿的KClO 3 和草酸在60℃时反应制得。某学生用如图所示的装置模拟工业制取及收集ClO 2 ，其中A为ClO 2 的发生装置，B为ClO 2 的凝集装置，C为尾气吸收装置。请问： ①A部分还应添加温度控制（如水浴加热）装置，B部分还应补充什么装置___________；②C中应装的试剂为____________。C中发生反应的化学方程式为：________________。

Answer 1

（1）ClO 2 ; Cl 2  Na 2 FeO 4  （2） 4FeO 4 2- +10 H 2 O=4Fe（OH） 3 +8OH - +3O 2 ↑（3） ①CH 3 OH+3Cl 2 +H 2 O=6Cl - + CO 2 +6H + .②催化剂③1:6.1（4）①（冰水）冷凝②NaOH溶液 2ClO 2 +2NaOH=NaClO 2 +NaClO 3 +H 2 O

试题分析：（1） ClO 2 、Na 2 FeO 4 、Cl 2 三种消毒杀菌剂的消毒效率分别是ClO 2 : 67.5g÷5mol=" 13.5g/mol;" Na 2 FeO 4 : 166g÷3mol=55.33g/mol;Cl 2 :71g/ 2mol=35.5g/mol.所以三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是ClO 2 > Cl 2 > Na 2 FeO 4 . （2） 根据题意可得Na 2 FeO 4 把H 2 O氧化为O 2 ，氧气杀菌消毒，它本身被还原为Fe3 + 。Fe 3+ 水解产生Fe（OH） 3 胶体吸附水中的悬浮物质。从而净化了水。该反应的离子方程式为：4FeO 4 2- +10 H 2 O=4Fe（OH） 3 +8OH - +3O 2 ↑。（3）①第二步反应的离子方程式为：CH 3 OH+3Cl 2 +H 2 O=6Cl - + CO 2 +6H + 。②由①中的两个反应方程式可以看出若转移相同的电子，Cl-的消耗与产生量相等。之所以在工业生产时要在反应物中加少量Cl － ，是因为Cl - 起作催化剂作用。③将第一步与第二步的方程式叠加可得总方程式：6ClO 3 - ＋CH 3 OH＋6H ＋ =CO 2 ↑+6ClO 2 ↑＋5H 2 O。将副反应ClO 3 - ＋Cl － ＋H ＋ －Cl 2 ↑＋H 2 O配平可得：ClO 3 - ＋5Cl － ＋6H ＋ =3Cl 2 ↑＋3H 2 O若测得反应后的混合气体中Cl 2 的体积分数为3／73，假设气体的总物质的量为73mol，则Cl 2 为3mol；CO 2 和ClO 2 总物质的量为70mol。产生3mol的Cl 2 消耗NaClO 3 的物质的量1mol；根据方程式6ClO 3 - ＋CH 3 OH＋6H ＋ =CO 2 ↑+6ClO 2 ↑＋5H 2 O可知产生CO 2 和ClO 2 总物质的量为70mol消耗CH 3 OH的物质的量为10mol；消耗 NaClO 3 的物质的量为60mol。所以共消耗CH 3 OH的物质的量为10mol；消耗 NaClO 3 的物质的量为60mol+3mol=61mol。因此起始投料时CH 3 OH与NaClO 3 的物质的量之比为10:61=1:6.1.（4） ①因为ClO 2 的沸点低，容易挥发，所以B部分还应补充的装置是冷凝装置。可以用冰水进行降温。②C为尾气吸收装置，由于ClO 2 能与碱发生反应，所以通常用NaOH溶液来吸收。反应的方程式为：2ClO 2 +2NaOH=NaClO 2 +NaClO 3 +H 2 O。 2 的制法、性质及涉及的化学反应原理。主要包括氧化还原反应的化学方程式、离子方程式的配平、书写、实验装置的选择、应用和有关计算的知识。