Question

19．二氧化氯（ClO₂）是國內(nèi)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(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，但在強酸性溶液中會發(fā)生歧化反應，產(chǎn)生ClO₂氣體，離子方程式為5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O．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(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反應生成的Cl^-對反應起催化作用．
（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H₂O₂作還原劑時氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸作還原劑時產(chǎn)生大量Cl₂．
（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、自動催化循環(huán)制備高純ClO₂的實驗．
①電源負極為A極（填A或B）．
②寫出陰極室發(fā)生反應依次為ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O．
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0.8mol/L．

Answer 1

分析 （1）反應物為亞氯酸鈉，所在環(huán)境為酸性環(huán)境，生成物為ClO₂氣體，且知此反應為歧化反應，據(jù)此書寫離子反應方程式即可；改加pH相同的硫酸，氫離子濃度不變，應考慮氯離子的影響；
（2）H₂O₂作還原劑時氧化產(chǎn)物為O₂，不會產(chǎn)生環(huán)境污染；
（3）①與電源負極相連的一極為陽極，溶液中的陽離子在此電極得到電子，發(fā)生還原反應；
②陰極室中電極A上發(fā)生反應ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-與溶液中的ClO₃^-結合生成ClO₂；
③電解池中陰極得到的電子數(shù)等于陽極失去的電子數(shù)，根據(jù)陽極室發(fā)生反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發(fā)生：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，結合電極方程式計算．

解答 解：（1）亞氯酸鈉在強酸性溶液中會發(fā)生歧化反應，產(chǎn)生ClO₂氣體，故化合價由+3價升高到+4價，故部分氯離子降低為-1價，離子反應方程式為：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O，反應開始時，溶液中氯離子濃度很小，隨著反應的進行，溶液中氯離子濃度增大，反應速率加快，可見氯離子起催化作用，
故答案為：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O；反應生成的Cl^-對反應起催化作用；
（2）還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ClO₂更受歡迎，其主要原因是H₂O₂作還原劑時氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸作還原劑時產(chǎn)生大量Cl₂，不會產(chǎn)生環(huán)境污染，
故答案為：H₂O₂作還原劑時氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸作還原劑時產(chǎn)生大量Cl₂；
（3）①由圖可知，ClO₂在電極A上得到1個電子，生成ClO₂^-，故A應為電源的負極，
故答案為：A；
②陰極室中電極A上發(fā)生反應ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-與溶液中的ClO₃^-結合生成ClO₂，離子反應方程式為：ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，
故答案為：ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
③在電解池的整個閉合回路中陰極得到的電子數(shù)等于陽極失去的電子數(shù)，在陽極室發(fā)生反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O產(chǎn)生1mol的O₂，轉移4mold電子，陰極室的反應：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，總反應為：4ClO₃^-+4e^-+8H⁺=4ClO₂↑+4H₂O，轉移4mol電子時，最終產(chǎn)生4mol的ClO₂，共產(chǎn)生氣體1mol+4mol=5mol，現(xiàn)在兩極共收集到氣體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），產(chǎn)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，
故答案為：0.8mol/L．

點評 本題以氯及其化合物的性質考查氧化還原反應及物質的制備實驗，把握習題中的信息及知識遷移應用為解答的關鍵，側重學生綜合應用能力及信息抽取和分析能力的考查，題目難度中等．