Question

二氧化氯(ClO₂)是國內外公認的高效、廣譜、快速、安全無毒的殺菌消毒劑，被稱為“第4代消毒劑”。工業上可采用氯酸鈉(NaClO₃)或亞氯酸鈉(NaClO₂)為原料制備ClO₂。
（1）亞氯酸鈉也是一種性能優良的漂白劑，但在強酸性溶液中會發生歧化反應，產生ClO₂氣體，離子方程式為                                                。向亞氯酸鈉溶液中加入鹽酸，反應劇烈。若將鹽酸改為相同pH的硫酸，開始時反應緩慢，稍后一段時間產生氣體速率迅速加快。產生氣體速率迅速加快的原因是                                     。
（2）化學法可采用鹽酸或雙氧水還原氯酸鈉制備ClO₂。用H₂O₂作還原劑制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒，其主要原因是                                  。
（3）電解法是目前研究最為熱門的生產ClO₂的方法之一。如圖所示為直接電解氯酸鈉、自動催化循環制備高純ClO₂的實驗。

①電源負極為      極(填A或B)：
②寫出陰極室發生反應依次為：                       、
                           ；
③控制電解液H⁺不低于5mol/L，可有效防止因H⁺濃度降低而導致的ClO₂^﹣歧化反應。若兩極共收集到氣體22.4L(體積已折算為標準狀況，忽略電解液體積的變化和ClO₂氣體溶解的部分)，此時陽極室與陰極室c(H⁺)之差為             。

Answer 1

（1）5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O；反應生成的Cl^-對反應起催化作用；
（2）H₂O₂做還原劑時氧化產物為O₂，而鹽酸則產生大量Cl₂；
（3）①A； ②ClO₂+e^-= ClO₂^-；ClO₃^-+ ClO₂^-+2 H⁺= 2ClO₂↑+ H₂O；③ 0.8mol/L

解析試題分析：（1）根據題意，結合原子守恒、電子守恒及電荷守恒的知識可得該反應的兩種方程式為5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O。在pH相同的鹽酸的反應速率比硫酸中快，說明是溶液中的Cl-可能會影響化學反應速率；一段時間后在硫酸中的發生速率也加快，就是由于在5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O中隨著反應的進行，溶液中Cl^-的濃度增大了。這就進一步證實了前面的推測的正確性。（2）用H₂O₂作還原劑制備的ClO₂更適合用于飲用水的消毒，其主要原因是H₂O₂做還原劑時氧化產物為O₂，而鹽酸則產生大量Cl₂；O₂是大氣的成分，而Cl₂是大氣污染物，會對環境造成危害。（3）①根據題圖中物質所含元素的化合價的變化情況可以看出：A電極所連接的電極發生還原反應，是電解池的陰極。所以A為電源的負極，B為電源的正極。②寫出陰極室發生反應依次為ClO₂+e^-= ClO₂^-；ClO₃^-+ ClO₂^-+2H⁺= 2ClO₂↑+ H₂O。③在整個閉合回路中電子轉移數目相等。陰極室每產生4mol的ClO₂電子轉移4mol,同時在陽極室發生反應：4OH^--4e^-=2H₂O+ O₂↑。產生1mol的O₂。因此轉移4mold 電子，產生氣體5mol.現在產生氣體的物質的量為1mol,所以轉移電子0.8mol.在陽極有0.8mol的OH^-離子放電。因為溶液的體積為1L。所以此時陽極室與陰極室c(H⁺)之差為0.8mol/L。
考點：考查二氧化氯(ClO₂)的各種制取方法及反應原理的知識。