题目

题型：不详难度：来源：

Ⅰ．二氧化氯（ClO₂）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。工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得。某学生拟用下图所示装置模拟工业制取并收集ClO₂。

（1）A必须添加温度控制装置，除酒精灯、温度计外，还需要的玻璃仪器有          。
（2）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液。已知在温度低于38℃时NaClO₂饱和溶液中析出晶体是NaClO₂·3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂。根据上右图所示的NaClO₂的溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶体的操作步骤： ① 蒸发结晶；②            ；③ 洗涤；④ 干燥。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的浓度，进行了下列实验：① 准确量取ClO₂溶液V₁mL加入到锥形瓶中，加适量蒸馏水稀释，调节试样的pH≤2.0。② 加入足量的KI晶体，静置片刻。此时发生反应的离子方程式为：             ；③ 加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，至终点时消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。则原ClO₂溶液的浓度为         mol／L（用含字母的代数式表示）。（已知2 Na₂S₂O₃+I₂= Na₂S₄O₆+2NaI）
Ⅱ．将由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2－、Cl^－ 组合形成的三种强电解质溶液，分别装入下图装置
中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极。

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图（忽略因气体溶解带来的影响）。据此回答下列问题：
（1）写出乙烧杯中发生反应的化学方程式                                      ；
（2）电极f上发生的电极反应为                             ；
（3）若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是                                   。

答案

I． (1) 烧杯   (2分)  （2） 趁热过滤  （2 分）
（3）2ClO₂ + 8H⁺ + 10I^－="==2" Cl^—+ 5I₂ + 4H₂O   （3 分）           （2 分）
Ⅱ．（1）2CuSO₄ + 2H₂O  2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄（2分）  
（2）4OH^－－4e^－=2H₂O + O₂↑（2分）
（3）向丙烧杯中加入2.25g水（3分）

解析

试题分析：Ⅰ．（1）本题要结合题干所给信息解答。题干中提到制备二氧化氯是由潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得的，因此暗示该反应需要控制反应温度。控制该反应温度在60℃，可以选择60℃的热水浴。因此热水浴的温度控制装置除酒精灯、温度计外，还需要的玻璃仪器应该是能装水浴加热用的大烧杯。
（2）题中已说明NaClO₂溶液容易得到2中晶体，而低于38℃时NaClO₂饱和溶液中析出晶体是NaClO₂·3H₂O，高于38℃时析出晶体是NaClO₂ ，因此要得到无结晶水的NaClO₂ 晶体，要保证在过滤的时候温度高于38℃，因此采用趁热过滤。
（3）酸化的ClO₂溶液中加入KI晶体后，溶液变蓝，说明有碘单质生成，所以发生的氧化还原反应离子方程式为2ClO₂ + 8H⁺ + 10I^－="==2" Cl^—+ 5I₂ + 4H₂O。
根据已知反应方程式关系得：n(ClO₂)="2/5" n(I₂) ， n(I₂)="1/2" n(Na₂S₂O₃)，因此n(ClO₂)="1/5" n(Na₂S₂O₃)。所以c (ClO₂ )= 1/5×c×V₂ ÷V₁ = mol／L
Ⅱ．从常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系图可知，甲、丙两烧杯起始pH值等于7，甲、丙的电解质溶液是强酸强碱盐；乙烧杯起始pH值小于7，电解质溶液为强酸弱碱盐。乙烧杯的电极C质量增重，则可推断增重原因为有金属Cu析出，该电极是阴极，并由此可以得出电源M为负极，N为正极；a、c、e为阴极，b、d、f为阳极。
（1）乙烧杯的电极C质量增重，阴极为Cu2+放电；溶液pH值逐渐降低，说明溶液中阳极OH-放电，使溶液中氢离子增多；所以根据放电情况可以推测得出乙中的电解质溶液为CuSO4溶液，因此电解该溶液的化学方程式为2CuSO₄ + 2H₂O  2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄ 。
（2）丙烧杯中的电解质是强酸强碱盐，随着电解的进行，丙中的溶液pH值不变，则阴极e为H+放电，阳极f上OH-放电，电解实质在电解水，由此可推测该电解质溶液是Na2SO₄，因此f电极反应式为4OH^－－4e^－=2H₂O + O₂↑。
（3）乙烧杯中c电极质量增加了8g，则生成了0.125mol的单质Cu，则转移电子0.25mol，因此丙烧杯中电解消耗0.125mol的水，要使溶液恢复，应该加入0.125mol的水，即2.25g水。