Question

【題目】二氧化氯(ClO2)具有強氧化性，在工業上常用作水處理劑、漂白劑。ClO2是一種易溶于水的黃綠色氣體，其體積分數超過10%時易引起爆炸。某研究小組欲用以下三種方案制備ClO2，回答下列問題：

（1）以黃鐵礦(FeS2)、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應制備ClO2，黃鐵礦中的硫元素在酸性條件下被ClO3-氧化成SO42-，寫出制備ClO2的離子方程式__。

（2）用過氧化氫作還原劑，在硫酸介質中還原NaClO3制備ClO2，并將制得的ClO2用于處理含CN-廢水。實驗室模擬該過程的實驗裝置(夾持裝置略)如圖所示。

①裝置A的名稱是__，裝置C的作用是__。

②反應容器B應置于30℃左右的水浴中，目的是__。

③通入氮氣的主要作用有3個，一是可以起到攪拌作用，二是有利于將ClO2排出，三是__。

④ClO2處理含CN-廢水的離子方程式為__，裝置E的作用是__。

（3）氯化鈉電解法是一種可靠的工業生產ClO2的方法。

①用于電解的食鹽水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質。某次除雜操作時，往粗鹽水中先加入過量的__（填化學式），至沉淀不再產生后，再加入過量的Na2CO3和NaOH，充分反應后將沉淀一并濾去。

②用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2，工作原理如圖所示，寫出陽極產生ClO2的電極反應式__。

Answer 1

【答案】FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O 恒壓漏斗 安全瓶 提高化學反應速率，同時防止過氧化氫受熱分解 稀釋ClO2，防止其爆炸 2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl- 吸收ClO2等氣體，防止污染大氣 BaCl2 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+

【解析】

二氧化氯(ClO2)具有強氧化性，在工業上常用作水處理劑、漂白劑。分別利用無機反應和電解原理制備二氧化氯，三種方法均利用了氧化還原反應。

（1）以黃鐵礦(FeS2)、氯酸鈉和硫酸溶液混合反應制備ClO2，黃鐵礦中的硫元素在酸性條件下被ClO3-氧化成SO42-，根據氧化還原反應中電子守恒和元素守恒，可以寫出制備ClO2的離子方程式為FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O。

（2）①裝置A的名稱為恒壓漏洞，裝置C為安全瓶，起到防止液體倒吸的作用。

②升高溫度可以提高化學反應速率，但是原料中含有過氧化氫，過氧化氫在過高的溫度下可以發生分解反應，因此反應容器B應置于30℃左右的水浴中。

③根據題文可知，ClO2是一種易溶于水的黃綠色氣體，其體積分數超過10%時易引起爆炸，故通入氮氣的主要作用有3個，一是可以起到攪拌作用，二是有利于將ClO2排出，三是稀釋ClO2，防止其爆炸。

④ClO2處理含CN-廢水發生氧化還原反應，將CN-轉化為無污染的CO2和N2，故離子方程式為2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-；裝置E在整套裝置之后，起到吸收尾氣，防止環境污染的作用。

（3）①用于電解的食鹽水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質，需要過量的碳酸根離子、氫氧根離子和鋇離子，過量的鋇離子可以用碳酸根離子除去，因此在加入Na2CO3之前應先加入過量BaCl2。

②用石墨做電極，電解池的陽極發生氧化反應，元素化合價升高，因此氯離子在陽極失電子和水反應得到ClO2，電極反應式為Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+。