Question

為了預(yù)防碘缺乏癥，國家規(guī)定每千克食鹽中應(yīng)含40～50mg碘酸鉀。碘酸鉀晶體有較高的穩(wěn)定性，但在酸性溶液中，碘酸鉀是一種較強(qiáng)的氧化劑，能跟某些還原劑作用生成碘；在堿性溶液中，碘酸鉀能被氯氣、次氯酸等強(qiáng)氧化劑氧化為更高價(jià)的碘的含氧酸鹽。

【問題1】工業(yè)生產(chǎn)碘酸鉀的流程如下： 

（1）碘、氯酸鉀和水混合后的反應(yīng)為（未配平）：I₂＋KClO₃＋H₂O→KH(IO₃)₂＋KCl＋Cl₂↑。該方程式配平時(shí)，系數(shù)有多組，原因是                     。

（2）X的化學(xué)式為           ；寫出用試劑X調(diào)節(jié)pH的化學(xué)方程式：              。

（3）生產(chǎn)中，如果省去“酸化”、“逐氯”、“結(jié)晶①、過濾”這三步操作，直接用試劑X調(diào)整反應(yīng)后溶液的pH，對(duì)生產(chǎn)碘酸鉀有什么具體影響？               。

【問題2】已知：KIO₃＋5KI＋3H₂SO₄→3K₂SO₄＋3I₂＋3H₂O；  I₂＋2S₂O₃^2－→2I^－＋S₄O₆^2－。

（4）檢驗(yàn)加碘食鹽中的碘元素，學(xué)生甲利用碘酸鉀與碘化鉀在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)。用四氯化碳檢驗(yàn)碘單質(zhì)時(shí)，看到的明顯現(xiàn)象有                          。

（5）測(cè)定加碘食鹽中碘的含量，學(xué)生乙設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a．準(zhǔn)確稱取w g食鹽，加適量蒸餾水使其完全溶解；

b．用稀硫酸酸化所得溶液，加入過量KI溶液，使KIO₃與KI反應(yīng)完全；

c．以淀粉為指示劑，加入物質(zhì)的量濃度為2.0×10^－3mol·L^－1的Na₂S₂O₃溶液10.0mL恰好反應(yīng)。

則加碘食鹽樣品中的碘元素含量是              mg/kg（以含w的代數(shù)式表示）。

（6）學(xué)生丙又對(duì)純凈的NaCl（不含KIO₃）進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：

操作步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
取1g純凈的NaCl，加3mL水配成溶液。	溶液無變化
滴入5滴淀粉溶液和1mL 0.1 mol·L－1 KI溶液，振蕩。	溶液無變化
然后再滴入1滴1mol·L－1的H2SO4，振蕩。	溶液變藍(lán)色

 

①推測(cè)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生藍(lán)色現(xiàn)象的可能原因，用離子方程式表示          。

②根據(jù)學(xué)生丙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)對(duì)學(xué)生乙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出簡要評(píng)價(jià)：              。

 

Answer 1

【答案】

 

（1）有兩種還原產(chǎn)物生成。

（2）KOH；  KH(IO₃)₂＋KOH=2KIO₃＋H₂O 

（3）反應(yīng)產(chǎn)生的氯氣跟KOH反應(yīng)生成KClO， KClO能將KIO₃氧化成KIO₄從而不能得到碘酸鉀。

（4）液體分層，下層液體呈現(xiàn)紫紅色。

（5）1270/3W或 (423.33/W)。

（6）①4I^－+4H⁺+O₂→2I₂+2H₂O；② 因加入了過量KI溶液，乙實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏大。

【解析】

試題分析：

（1）碘、氯酸鉀和水混合后的反應(yīng)為（未配平）：I₂＋KClO₃＋H₂O→KH(IO₃)₂＋KCl＋Cl₂↑。該反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，由于在氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，而有兩種還原產(chǎn)物生成。它們相對(duì)量的多少不同，配平時(shí)的系數(shù)就不同。因此在該方程式配平時(shí)，系數(shù)有多組。

（2）晶體①為KH(IO₃)₂,把晶體從溶液中過濾出來，洗滌干凈，然后用水溶解得到KH(IO₃)₂的溶液，要把酸式鹽變?yōu)檎�鹽KIO₃，就要加堿來調(diào)節(jié)溶液的pH值。為了不引入新的雜質(zhì)，所以要用KOH。該反應(yīng)的方程式為KH(IO₃)₂＋KOH=2KIO₃＋H₂O

（3）反應(yīng)I₂＋KClO₃＋H₂O→KH(IO₃)₂＋KCl＋Cl₂↑產(chǎn)生的氯氣跟KOH反應(yīng)生成KClO， KClO能將KIO₃氧化成KIO₄從而不能得到碘酸鉀。導(dǎo)致操作失敗，前功盡棄。

（4）檢驗(yàn)加碘食鹽中的碘元素，學(xué)生甲利用碘酸鉀與碘化鉀在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)KIO₃＋5KI＋3H₂SO₄→3K₂SO₄＋3I₂＋3H₂O。由于I2容易溶解在四氯化碳而不容易溶解在水中，水與四氯化碳互不相溶，CCl₄的密度比水大，I₂溶解在CCl₄中而使溶液呈紫色.所以用四氯化碳檢驗(yàn)碘單質(zhì)時(shí)，看到的明顯現(xiàn)象有液體分層，下層液體呈現(xiàn)紫紅色。

（5）由方程式得關(guān)系式：KIO₃～3I₂～6S₂O₃^2－.n(S₂O₃^2－)=2.0×10^－3mol/L×0.010L=2.0×10^－5mol.所以n(KIO₃)= 2.0×10^－5mol÷6=1/3×10^－5mol.m(I)= (1/3×10^－5mol)×127g/mol=127/3×10^－5g=127/3×10^－2mg.所以在該加碘食鹽中碘的含量為m(I)÷m(總)= 127/3×10^－2mg÷W×10^-3kg=1270/3W mg/kg。

（6）① 該食鹽中無KIO₃，而實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生藍(lán)色現(xiàn)象的可能是空氣中的氧氣在酸性條件下把I-氧化為I2單質(zhì)。4KI+2H₂SO₄＋O₂=2K₂SO₄＋3I₂＋3H₂O。碘單質(zhì)遇淀粉變藍(lán)色。該反應(yīng)的離子方程式為4I^－+4H⁺ +O₂=2I₂+2H₂O。②乙的實(shí)驗(yàn)中加入過量KI溶液，根據(jù)學(xué)生丙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知空氣中的氧氣也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一部分的碘單質(zhì)。所以學(xué)生乙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比真實(shí)值會(huì)偏大。

考點(diǎn)：考查氧化還原反應(yīng)方程式的配平、離子方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、誤差分析、物質(zhì)含量的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。