Question

【題目】二氧化氯（ClO2）是極易溶于水且不與水發生化學反應的黃綠色氣體，沸點為 11℃，可用于處理含硫廢水。某小組在實驗室中探究 ClO2 與 Na2S 的反應。回答下列問題：

（1）ClO2 的制備

已知：SO2＋2NaClO3＋H2SO4＝2ClO2↑＋2NaHSO4

①裝置 A 中反應的化學方程式為____________。

②欲收集干燥的 ClO2，選擇上圖中的裝置，其連接順序為 a→________________（按氣流方向，用小寫字母表示）

③裝置 D 的作用是__________________。

（2）ClO2 與 Na2S 的反應

將上述收集到的 ClO2 用 N2 稀釋以增強其穩定性，并將適量的稀釋后的 ClO2 通入上圖所示裝置中充分反應，得到無色澄清溶液。一段時間后，通過下列實驗探究 I 中反應的產物。

①___________。②___________。③___________。

④ClO2 與 Na2S 反應的離子方程式為____________。用于處理含硫廢水時，ClO2 相對于Cl2 的優點是____________（任寫一條）。

Answer 1

【答案】 Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O g→h(或h→g)→b→c→e→f→d 冷凝并收集ClO2 SO2（答HSO3-、SO32-、SO2和SO32-、SO2和HSO3-、HSO3-和SO32-、及SO2和SO32-、HSO3-均給分） 生成白色沉淀（沒有答“白色”不給分） 加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液 8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H+ ClO2除硫效果徹底，氧化產物硫酸根穩定、ClO2在水中的溶解度大、剩余的ClO2不會產生二次污染。均被還原為Cl-時，二氧化氯得到的電子數是氯氣的2.5倍。

【解析】(1)①裝置A中反應Cu與濃硫酸制備二氧化硫，化學方程式為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+H2O；故答案為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+H2O；

②二氧化硫從a進入裝置B中反應，為防止倒吸，故應在之前有安全瓶，則a→g→h，為反應充分，故再連接B裝置中的b，二氧化氯沸點較低，故在D中冰水浴收集，為充分冷卻，便于收集，故連接e，最后用氫氧化鈉吸收未反應完的二氧化硫，防止污染空氣，連接順序為：a→g→h→b→c→e→f→d；故答案為：g→h→b→c→e→f→d；

③裝置D的作用為冷凝并收集ClO2；故答案為：冷凝并收集ClO2；

(2)將適量的稀釋后的ClO2通入如圖2所示裝置中充分反應，得到無色澄清溶液。

①取少量I中溶液于試管甲中，滴加品紅溶液和鹽酸，品紅始終不褪色，說明溶液中無SO2(或HSO3-或SO32-)生成；故答案為：SO2(或HSO3-或SO32-)；

②另取少量I中溶液于試管乙中，加入Ba(OH)2溶液，振蕩，有SO42-生成，硫酸根與鋇離子反應生成硫酸鋇白色沉淀；故答案為：生成白色沉淀；

③結論為有Cl-生成，有白色沉淀生成，氯化銀為不溶于酸的白色沉淀，檢驗氯離子，故操作為：繼續在試管乙中滴加Ba(OH)2溶液至過量，靜置，取上層清液于試管丙內加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；故答案為：加入足量稀硝酸酸化的硝酸銀溶液；

④由上述分析可知ClO2與Na2S反應有氯離子、硫酸根離子的生成，故發生的離子方程式為：8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H+；ClO2除硫效果徹底，氧化產物硫酸根更穩定、ClO2在水中的溶解度大、剩余的ClO2不會產生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO2得到的電子數是氯氣的2.5倍；故答案為：8ClO2+5S2-+4H2O=8Cl-+5SO42-+8H+；ClO2除硫效果徹底，氧化產物硫酸根更穩定、ClO2在水中的溶解度大、剩余的ClO2不會產生二次污染、均被還原為氯離子時，ClO2得到的電子數是氯氣的2.5倍。