Question

二氧化氯(ClO2)是國內外公認的高效、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良的漂白劑，但在強酸性溶液中會發生歧化反應，產生ClO2氣體，離子方程式為???????????????????????????????????????????????? 。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，稍后一段時間產生氣體速率迅速加快。產生氣體速率迅速加快的原因是????????????????????????????????????? 。

（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?????????????????????????????????? 。

（3）電解法是目前研究最為熱門的生產ClO2的方法之一。如圖所示為直接電解氯酸鈉、自動催化循環制備高純ClO2的實驗。

①電源負極為?????? 極(填A或B)：

②寫出陰極室發生反應依次為：??????????????????????? 、

??????????????????????????? ；

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????????????? 。

 

Answer 1

【答案】

（1）5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O；反應生成的Cl-對反應起催化作用；

（2）H2O2做還原劑時氧化產物為O2，而鹽酸則產生大量Cl2；

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

【解析】

試題分析：（1）根據題意，結合原子守恒、電子守恒及電荷守恒的知識可得該反應的兩種方程式為5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O。在pH相同的鹽酸的反應速率比硫酸中快，說明是溶液中的Cl-可能會影響化學反應速率；一段時間后在硫酸中的發生速率也加快，就是由于在5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O中隨著反應的進行，溶液中Cl-的濃度增大了。這就進一步證實了前面的推測的正確性。（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做還原劑時氧化產物為O2，而鹽酸則產生大量Cl2；O2是大氣的成分，而Cl2是大氣污染物，會對環境造成危害。（3）①根據題圖中物質所含元素的化合價的變化情況可以看出：A電極所連接的電極發生還原反應，是電解池的陰極。所以A為電源的負極，B為電源的正極。②寫出陰極室發生反應依次為ClO2+e-= ClO2-；ClO3-+ ClO2-+2H+= 2ClO2↑+ H2O。③在整個閉合回路中電子轉移數目相等。陰極室每產生4mol的ClO2電子轉移4mol,同時在陽極室發生反應：4OH--4e-=2H2O+ O2↑。產生1mol的O2。因此轉移4mold 電子，產生氣體5mol.現在產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。

考點：考查二氧化氯(ClO2)的各種制取方法及反應原理的知識。