Question

18．二氧化氯被世界衛(wèi)生組織（WHO）確認(rèn)為第四代A1型消毒劑．
（1）硫鐵礦法生產(chǎn)二氧化氯的原理為15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂↑+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O，則每1mol FeS₂發(fā)生反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為15mol．
（2）制取二氧化氯也可用電解法．
①用DSA作陽極，用石墨作陰極，電解氯酸鈉與硫酸的混合溶液，電解過程包含如下反應(yīng)：
陰極反應(yīng)式：2ClO₃^-+4H⁺+4e^-═2ClO₂^-+2H₂O；
陰極溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：2ClO₃^-+2ClO₂^-+4H⁺═4ClO₂↑+2H₂O；
陽極反應(yīng)式：H₂O-2e^-═$\frac{1}{2}$O₂↑+2H⁺；
則電解時(shí)總反應(yīng)的離子方程式為4ClO₃^-+4H⁺=4ClO₂↑+2H₂O+O₂↑．
②近年來開發(fā)的用特殊金屬氧化物作陽極電解亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液制取二氧化氯的裝置如圖1所示．電解時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為ClO₂^--e^-=ClO₂↑；溶液的pH增大（填“增大”或“減小”）．

（3）NaClO₂在溶液中可生成ClO₂、HClO₂、ClO₂^-、Cl^-等，其中HClO₂和ClO₂都具有漂白作用，但ClO₂是有毒氣體．某溫度下，各組分含量隨pH變化情況如圖2所示（Cl^-沒有畫出）．下列說法正確的是bd．
a．NaClO₂溶液中，$\frac{c（N{a}^{+}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）}$=1
b．往NaClO₂溶液中滴入稀鹽酸，當(dāng)pH＞6時(shí)，溶液中主要反應(yīng)的離子方程式是：ClO₂^-+H⁺═HClO₂
c．使用該漂白劑的最佳pH為1.0
d．此溫度下HClO₂的電離平衡常數(shù)的數(shù)值K_a=10^-6
（4）在常溫下，向1L的容器中充入0.1mol ClO₂，發(fā)生的反應(yīng)為2ClO₂（g）?Cl₂（g）+2O₂（g），測得平衡時(shí)O₂的濃度為0.02mol•L^-1，則該反應(yīng)在常溫下的平衡常數(shù)為6.25×10^-4．

Answer 1

分析 （1）15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂↑+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O中，Cl元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，S元素的化合價(jià)由-1價(jià)升高為+6價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移15e^-；
（2）①由電子守恒及陰極反應(yīng)+陽極反應(yīng)可得總反應(yīng)；
②電解亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液制取二氧化氯，陽極上失去電子，Cl元素的化合價(jià)升高；由圖可知，陰極氫離子放電，OH^-增大；
（3）a．NaClO₂溶液，陰離子水解；
b．pH＞6時(shí)，由圖可知，溶液中主要含ClO₂^-；
c．HClO₂是漂白劑的有效成分，由圖可知pH=3時(shí)其濃度最大；
d．由圖可知，亞氯酸與亞氯酸根離子濃度相等時(shí)，溶液的pH=6，據(jù)此計(jì)算出亞氯酸的電離平衡常數(shù)；
（4）向1L的容器中充入0.1mol ClO₂，發(fā)生的反應(yīng)為2ClO₂（g）?Cl₂（g）+2O₂（g），測得平衡時(shí)O₂的濃度為0.02mol•L^-1，則
    2ClO₂（g）?Cl₂（g）+2O₂（g），
開始 0.1          0      0
轉(zhuǎn)化0.02         0.01     0.02
平衡0.08        0.01      0.02，
結(jié)合平衡濃度計(jì)算K．

解答 解：（1）15ClO₃^-+FeS₂+14H⁺═15ClO₂↑+Fe³⁺+2SO₄^2-+7H₂O中，Cl元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為+4價(jià)，S元素的化合價(jià)由-1價(jià)升高為+6價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移15e^-，則每1mol FeS₂發(fā)生反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為15mol，故答案為：15mol；
（2）①由電子守恒及陰極反應(yīng)+陽極反應(yīng)可得總反應(yīng)，電解時(shí)總反應(yīng)的離子方程式為4ClO₃^-+4H⁺=4ClO₂↑+2H₂O+O₂↑，
故答案為：4ClO₃^-+4H⁺=4ClO₂↑+2H₂O+O₂↑；
②電解亞氯酸鈉（NaClO₂）溶液制取二氧化氯，陽極上失去電子，Cl元素的化合價(jià)升高，陽極反應(yīng)為ClO₂^--e^-=ClO₂↑；由圖可知，陰極氫離子放電，OH^-增大，則溶液的pH增大，故答案為：ClO₂^--e^-=ClO₂↑；增大；
（3）a．NaClO₂溶液，陰離子水解，則$\frac{c（N{a}^{+}）}{c（Cl{O}_{2}^{-}）}$＞1，故a錯(cuò)誤；
b．pH＞6時(shí)，由圖可知，溶液中主要含ClO₂^-，則往NaClO₂溶液中滴入稀鹽酸，溶液中主要反應(yīng)的離子方程式是：ClO₂^-+H⁺═HClO₂，故b正確；
c．HClO₂是漂白劑的有效成分，由圖可知pH=3時(shí)其濃度最大，使用該漂白劑的最佳pH為3.0，故c錯(cuò)誤；
d．由圖可知，當(dāng)溶液的pH=6時(shí)，溶液中c（ClO₂^-）=c（HClO₂），亞氯酸的電離平衡常數(shù)為：K_a=$\frac{c（Cl{{O}_{2}}^{-}）．c（{H}^{+}）}{c（HCl{O}_{2}）}$=c（H⁺）=10^-6，故d正確；
故答案為：bd；
（4）向1L的容器中充入0.1mol ClO₂，發(fā)生的反應(yīng)為2ClO₂（g）?Cl₂（g）+2O₂（g），測得平衡時(shí)O₂的濃度為0.02mol•L^-1，則
      2ClO₂（g）?Cl₂（g）+2O₂（g），
開始  0.1         0        0
轉(zhuǎn)化0.02        0.01     0.02
平衡0.08        0.01     0.02，
則K=$\frac{（0.02）^{2}×0.01}{（0.08）^{2}}$=6.25×10^-4，
故答案為：6.25×10^-4．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備，為高頻考點(diǎn)，涉及學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力的考查，注意把握制備的原理和操作及化學(xué)平衡計(jì)算、鹽類水解等，題目難度中等．