Question

二氧化氯(ClO₂)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全無(wú)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(qiáng)酸性溶液中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生ClO₂氣體，離子方程式為                                                。向亞氯酸鈉溶液中加入鹽酸，反應(yīng)劇烈。若將鹽酸改為相同pH的硫酸，開(kāi)始時(shí)反應(yīng)緩慢，稍后一段時(shí)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                                     。
（2）化學(xué)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(chǎn)ClO₂的方法之一。如圖所示為直接電解氯酸鈉、自動(dòng)催化循環(huán)制備高純ClO₂的實(shí)驗(yàn)。

①電源負(fù)極為      極(填A(yù)或B)：
②寫出陰極室發(fā)生反應(yīng)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(dǎo)致的ClO₂^﹣歧化反應(yīng)。若兩極共收集到氣體22.4L(體積已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略電解液體積的變化和ClO₂氣體溶解的部分)，此時(shí)陽(yáng)極室與陰極室c(H⁺)之差為             。

Answer 1

（1）5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O；反應(yīng)生成的Cl^-對(duì)反應(yīng)起催化作用；
（2）H₂O₂做還原劑時(shí)氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸則產(chǎn)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(jù)題意，結(jié)合原子守恒、電子守恒及電荷守恒的知識(shí)可得該反應(yīng)的兩種方程式為5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O。在pH相同的鹽酸的反應(yīng)速率比硫酸中快，說(shuō)明是溶液中的Cl-可能會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率；一段時(shí)間后在硫酸中的發(fā)生速率也加快，就是由于在5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O中隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中Cl^-的濃度增大了。這就進(jìn)一步證實(shí)了前面的推測(cè)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(shí)氧化產(chǎn)物為O₂，而鹽酸則產(chǎn)生大量Cl₂；O₂是大氣的成分，而Cl₂是大氣污染物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。（3）①根據(jù)題圖中物質(zhì)所含元素的化合價(jià)的變化情況可以看出：A電極所連接的電極發(fā)生還原反應(yīng)，是電解池的陰極。所以A為電源的負(fù)極，B為電源的正極。②寫出陰極室發(fā)生反應(yīng)依次為ClO₂+e^-= ClO₂^-；ClO₃^-+ ClO₂^-+2H⁺= 2ClO₂↑+ H₂O。③在整個(gè)閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等。陰極室每產(chǎn)生4mol的ClO₂電子轉(zhuǎn)移4mol,同時(shí)在陽(yáng)極室發(fā)生反應(yīng)：4OH^--4e^-=2H₂O+ O₂↑。產(chǎn)生1mol的O₂。因此轉(zhuǎn)移4mold 電子，產(chǎn)生氣體5mol.現(xiàn)在產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為1mol,所以轉(zhuǎn)移電子0.8mol.在陽(yáng)極有0.8mol的OH^-離子放電。因?yàn)槿芤旱捏w積為1L。所以此時(shí)陽(yáng)極室與陰極室c(H⁺)之差為0.8mol/L。
考點(diǎn)：考查二氧化氯(ClO₂)的各種制取方法及反應(yīng)原理的知識(shí)。