Question

【題目】二氧化氯(ClO2)是國內(nèi)外公認(rèn)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(yè)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(yōu)良的漂白劑，但在強(qiáng)酸性溶液中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生ClO2氣體，離子方程式為___________________________；向亞氯酸鈉溶液中加入鹽酸，反應(yīng)劇烈。若將鹽酸改為相同pH的硫酸，開始時(shí)反應(yīng)緩慢，稍后一段時(shí)間產(chǎn)生氣體速率迅速加快。產(chǎn)生氣體速率迅速加快的原因是 。

（2）化學(xué)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(chǎn)ClO2的方法之一。如圖所示為直接電解氯酸鈉、自動(dòng)催化循環(huán)制備高純ClO2的實(shí)驗(yàn)。

①電源負(fù)極為___________________極(填A(yù)或B)

②寫出陰極室發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式和離子方程式

_______________________ ___ ； 。

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(dǎo)致的ClO2—歧化反應(yīng)。若兩極共收集到氣體22.4L(體積已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略電解液體積的變化和ClO2氣體溶解的部分)，此時(shí)陽極室與陰極室c(H+)之差為_________________。

Answer 1

【答案】（1）5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O ；反應(yīng)生成的Cl-對(duì)反應(yīng)起催化作用 ；

（2）H2O2做還原劑時(shí)氧化產(chǎn)物為O2，而鹽酸則產(chǎn)生大量Cl2；

（3） ①A；②ClO2+e-= ClO2- ；ClO3-+ ClO2-+2H+= 2ClO2↑+ H2O；③ 0.8mol/L

【解析】

試題分析：（1）亞氯酸鈉在強(qiáng)酸性溶液中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生ClO2氣體，根據(jù)題意，結(jié)合原子守恒、電子守恒及電荷守恒的知識(shí)可得該反應(yīng)的離子方程式為5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O。在pH相同的鹽酸中的反應(yīng)速率比硫酸中快，說明溶液中的Cl-可能會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率；一段時(shí)間后在硫酸中的反應(yīng)速率也加快，這是由于發(fā)生反應(yīng)5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中Cl-的濃度增大了，所以產(chǎn)生氣體速率迅速加快的原因是反應(yīng)生成的Cl-對(duì)反應(yīng)起催化作用。

（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(shí)氧化產(chǎn)物為O2，而鹽酸則產(chǎn)生大量Cl2；O2是大氣的成分，而Cl2是大氣污染物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

（3）①根據(jù)題圖中物質(zhì)所含元素的化合價(jià)的變化情況可以看出：A電極所連接的電極發(fā)生還原反應(yīng)，是電解池的陰極，所以A為電源的負(fù)極，B為電源的正極。

②根據(jù)題圖可知陰極室發(fā)生反應(yīng)依次為ClO2+e-= ClO2- ；ClO3-+ ClO2-+2H+= 2ClO2↑+ H2O。

③在整個(gè)閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等。陰極室每產(chǎn)生4mol的ClO2電子轉(zhuǎn)移4mol,同時(shí)在陽極室發(fā)生反應(yīng)：4OH--4e-=2H2O+ O2↑，產(chǎn)生1mol的O2。因此轉(zhuǎn)移4mol電子，一共產(chǎn)生5mol氣體。現(xiàn)在產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為1mol,所以轉(zhuǎn)移電子0.8mol，在陽極有0.8mol的OH-離子放電，因?yàn)槿芤旱捏w積為1L。所以此時(shí)陽極室與陰極室c(H+)之差為0.8mol/L。