Question

8．二氧化氯（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，稍后一段時間產生氣體速率迅速加快．產生氣體速率迅速加快的原因是反應生成的氯離子對該反應起催化作用．
（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作還原劑時氧化產物為O₂，而鹽酸作還原劑時產生大量Cl₂．
（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A極（填A或B）：
②寫出陰極室發生反應依次為：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1.2mol/L．

Answer 1

分析 （1）反應物為亞氯酸鈉，所在環境為酸性環境，生成物為ClO₂氣體，且知此反應為歧化反應，據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作還原劑時氧化產物為O₂，不會產生環境污染；
（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，發生還原反應；
②陰極室中電極A上發生反應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等于陽極失去的電子數，根據陽極室發生反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極發生：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O分析解答．

解答 解：（1）亞氯酸鈉在強酸性溶液中會發生歧化反應，產生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；反應生成的氯離子對該反應起催化作用；
（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作還原劑時氧化產物為O₂，而鹽酸作還原劑時產生大量Cl₂，不會產生環境污染，
故答案為：H₂O₂作還原劑時氧化產物為O₂，而鹽酸作還原劑時產生大量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等于陽極失去的電子數，在陽極室發生反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O產生1mol的O₂，轉移4mold電子，陰極室ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O每產生4mol的ClO₂電子轉移4mol電子，共產生氣體5mol．現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．陰極氫離子減少0.4mol，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1.2mol/L，
故答案為：1.2mol/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．