Question

水是生命之源。飲用水消毒作為控制水質的一個重要環節，液氯消毒是最早的飲用水消毒方法。近年來科學家提出，氯氣能與水中的有機物發生反應，生成的有機氯化物可能對人體有害。二氧化氯（ClO₂）是一種在水處理等方面有廣泛應用的高效安全消毒劑。與Cl₂相比，ClO₂不但具有更顯著地殺菌能力，而且不會產生對人體有潛在危害的有機氯代物。
（1）氯氣溶于水能殺菌消毒的原因是                                         。
（2）在ClO₂的制備方法中，有下列兩種制備方法：
方法一：NaClO₃＋4HCl=2ClO₂↑＋Cl₂↑＋2NaCl＋2H₂O
方法二：C₆H₁₂O₆+24NaClO₃+12H₂SO₄=24ClO₂↑+6CO₂↑+18H₂O+12Na₂SO₄
用方法二制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒，其主要原因是                                   。
（3）用ClO₂處理過的飲用水（pH為5．5~6．5）常含有一定量對人體不利的亞氯酸根離子（ClO₂^－）．2001年我國衛生部規定，飲用水ClO₂^－的含量應不超過0．2 mg·L^－1。
飲用水中ClO₂、ClO₂^－的含量可用連續碘量法進行測定。ClO₂被I^－還原為ClO₂^－、Cl^－的轉化率與溶液pH的關系如圖所示。當pH≤2．0時，ClO₂^－也能被I^－完全還原成Cl^－。反應生成的I₂用標準Na₂S₂O₃溶液滴定：2Na₂S₂O₃＋I₂=Na₂S₄O₆＋2NaI

①請寫出pH≤2．0時，ClO₂^－與I^－反應的離子方程式                                           。
②配制Na₂S₂O₃標準溶液時，使用的儀器除天平、藥匙、玻璃棒、燒杯、量簡外，還需要下圖中的    （填字母代號）。
                             
a            b            c         d         e
③請完成相應的實驗步驟：
步驟1：準確量取VmL水樣加入到錐形瓶中。
步驟2：調節水樣的pH為7．0~8．0
步驟3：加入足量的KI晶體。
步驟4：加少量淀粉溶液，用c mol·L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液V₁mL。
步驟5：調節溶液的pH≤2．0。
步驟6；再用c mol·L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂mL。
④滴定終點的現象是                                                  。
⑤根據上述分析數據，測得該引用水樣中的ClO₂^－的濃度為     mg·L^－1（用含字母的代數式表示）。
（4）判斷下列操作對ClO₂^－的濃度測定結果的影響（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）
① 若在配制標準溶液過程中，燒杯中的Na₂S₂O₃溶液有少量濺出，使測定結果                  。
② 若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，使測定結果        。

Answer 1

(1)生成的HClO具有強氧化性，可以殺菌（2分）
（2）方法二制備的ClO₂中不含Cl₂（2分）
（3）①ClO₂^－＋4H^＋＋4I^－=Cl^－＋2I₂＋2H₂O（2分）
②a    c（2分）
③（溶液由藍色變為無色，（2分）⑤×10³（2分）
（4）①偏高 （2分）  ②偏低（2分）

解析試題分析：（1）氯氣的自來水消毒屬于氫氧化性消毒，因此原理是氯氣與水反應生成的HClO有強氧化性，起到殺菌消毒作用。
（2）根據題干中的介紹，氯氣用于自來水消毒容易生成對人體有害的有機氯代物，所以方法二中產生的ClO2氣體中不含氯氣，因此制得的二氧化氯更加的安全。
（3） ①從本題題干和圖像中得知，溶液pH≤2．0時，ClO₂^－被I^- 還原為Cl^－ ,因此反應的離子方程式為ClO₂^－＋4H^＋＋4I^－=Cl^－＋2I₂＋2H₂O，要注意酸性環境。
②一定濃度溶液的配制需要使用的儀器主要的還有容量瓶、膠頭滴管，故選ac。④待滴定溶液中含有碘單質，因此與淀粉作用顯藍色，所以加入Na₂S₂O₃ 與單質碘反應，當碘反應完的時候，溶液不顯藍色，故描述時要注意規范表達。
⑤本小題計算稍微有些復雜，首先要了解整個滴定的過程：含有ClO₂、ClO₂^－ 的水，堿性下加KI溶液把ClO₂ 反應為ClO₂^－ ，生成的碘單質用標準液滴定；得到的總的ClO₂^－ 再在酸性條件下與KI反應，又生成一部分碘單質，再用標準液滴定。因此整個過程分為兩個階段。
第一步滴定（生成了一部分ClO₂^－ ）：2ClO₂＋2I^－= 2ClO₂^－ ＋  I₂
2Na₂S₂O₃ ＋ I₂  =Na₂S₄O₆＋2NaI
cV₁      0．5cV₁         cV₁    0．5cV₁
第二步滴定（反應總的ClO₂^－ ）ClO₂^－＋ 4H^＋＋4I^－=Cl^－＋ 2I₂ ＋2H₂O
2Na₂S₂O₃＋I₂ =  Na₂S₄O₆＋2NaI
0．25cV₂            0．5cV₂                  cV₂    0．5cV₂
引用水樣中的ClO₂^－的濃度等于總的ClO₂^－減去第一步滴定產生的ClO₂^－ ，因此有：
C(ClO₂^－)=n_總(ClO₂^－)—n(ClO₂^－)/V=0．25cV₂—cV₁ /V,要注意化成質量濃度，所以C(ClO₂^－)= ×10³ mg·L^－1 。
（4）①滴定過程中若有標準液濺出損失，則從滴定管上讀出的標準液體積偏高，所以計算得到的濃度結果會偏大。
②若在滴定終點讀取標準液體積時，俯視讀數，則讀出的標準液體積會偏小，所以計算得到的濃度會偏低。
考點：本題考查的氧化還原滴定實驗探究、計算、誤差分析。