Question

5．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
（1）工業(yè)上制備ClO₂的反應(yīng)原理常采用：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl．
①濃鹽酸在反應(yīng)中顯示出來(lái)的性質(zhì)是AB（填序號(hào)）．
A．還原性      B．酸性      C．氧化性
②若上述反應(yīng)中產(chǎn)生0.1mol ClO₂，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1mol．
（2）目前已開(kāi)發(fā)出用電解法制取ClO₂的新工藝．
①如圖示意用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂．寫(xiě)出陽(yáng)極產(chǎn)生ClO₂的電極反應(yīng)式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②電解一段時(shí)間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，停止電解．通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.01mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大．
（3）ClO₂對(duì)污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-amg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，其離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂$\frac{50a}{13}$ mol．

Answer 1

分析 （1）①HCl中的氯元素在產(chǎn)物存在于Cl₂，氯元素的化合價(jià)升高，氯元素被氧化，存在NaCl中氯元素的化合價(jià)未變化，據(jù)此解答；
②ClO₂是還原產(chǎn)物，氯元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量等于ClO₂的物質(zhì)的量；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽(yáng)離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；根據(jù)方程式計(jì)算需要ClO₂的物質(zhì)的量n=$\frac{V}{Vm}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽(yáng)離子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①HCl中的氯元素在產(chǎn)物存在于Cl₂，氯元素的化合價(jià)升高，氯元素被氧化，HCl起還原劑注意，同時(shí)存在NaCl中氯元素的化合價(jià)未變化，故HCl還起酸的作用，故答案為：AB；
②ClO₂是還原產(chǎn)物，氯元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.1mol×（5-4）=0.1mol，
故答案為：0.1mol；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，
故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質(zhì)的量為$\frac{100ag}{26g/mol}$=$\frac{50a}{13}$mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量$\frac{50a}{13}$mol，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；$\frac{50a}{13}$mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、常用化學(xué)用語(yǔ)、電解原理、化學(xué)計(jì)算等，題目難度中等，電解反應(yīng)是難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問(wèn)題的能力．