Question

19．二氧化氯（ClO₂）是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，被称为“第4代消毒剂”．工业上可采用氯酸钠（NaClO₃）或亚氯酸钠（NaClO₂）为原料制备ClO₂．
（1）亚氯酸钠也是一种性能优良的漂白剂，但在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，离子方程式为5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O．向亚氯酸钠溶液中加入盐酸，反应剧烈．若将盐酸改为相同pH的硫酸，开始时反应缓慢，稍后一段时间产生气体速率迅速加快．产生气体速率迅速加快的原因是反应生成的Cl^-对反应起催化作用．
（2）化学法可采用盐酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂．用H₂O₂作还原剂制备的ClO₂更适合用于饮用水的消毒，其主要原因是H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸作还原剂时产生大量Cl₂．
（3）电解法是目前研究最为热门的生产ClO₂的方法之一．如图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO₂的实验．
①电源负极为A极（填A或B）．
②写出阴极室发生反应依次为ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O．
③控制电解液H⁺不低于5mol/L，可有效防止因H⁺浓度降低而导致的ClO₂^-歧化反应．若两极共收集到气体22.4L（体积已折算为标准状况，忽略电解液体积的变化和ClO₂气体溶解的部分），此时阳极室与阴极室c（H⁺）之差为0.8mol/L．

Answer 1

分析 （1）反应物为亚氯酸钠，所在环境为酸性环境，生成物为ClO₂气体，且知此反应为歧化反应，据此书写离子反应方程式即可；改加pH相同的硫酸，氢离子浓度不变，应考虑氯离子的影响；
（2）H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，不会产生环境污染；
（3）①与电源负极相连的一极为阳极，溶液中的阳离子在此电极得到电子，发生还原反应；
②阴极室中电极A上发生反应ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-与溶液中的ClO₃^-结合生成ClO₂；
③电解池中阴极得到的电子数等于阳极失去的电子数，根据阳极室发生反应：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，结合电极方程式计算．

解答 解：（1）亚氯酸钠在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，故化合价由+3价升高到+4价，故部分氯离子降低为-1价，离子反应方程式为：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O，反应开始时，溶液中氯离子浓度很小，随着反应的进行，溶液中氯离子浓度增大，反应速率加快，可见氯离子起催化作用，
故答案为：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O；反应生成的Cl^-对反应起催化作用；
（2）还可采用盐酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂，用H₂O₂作还原剂制备ClO₂更受欢迎，其主要原因是H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸作还原剂时产生大量Cl₂，不会产生环境污染，
故答案为：H₂O₂作还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸作还原剂时产生大量Cl₂；
（3）①由图可知，ClO₂在电极A上得到1个电子，生成ClO₂^-，故A应为电源的负极，
故答案为：A；
②阴极室中电极A上发生反应ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-与溶液中的ClO₃^-结合生成ClO₂，离子反应方程式为：ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，
故答案为：ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
③在电解池的整个闭合回路中阴极得到的电子数等于阳极失去的电子数，在阳极室发生反应：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O产生1mol的O₂，转移4mold电子，阴极室的反应：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，总反应为：4ClO₃^-+4e^-+8H⁺=4ClO₂↑+4H₂O，转移4mol电子时，最终产生4mol的ClO₂，共产生气体1mol+4mol=5mol，现在两极共收集到气体22.4L（体积已折算为标准状况，忽略电解液体积的变化和ClO₂气体溶解的部分），产生气体的物质的量为1mol，所以转移电子0.8mol，在阳极有0.8mol的OH^-离子放电，因为溶液的体积为1L，所以此时阳极室与阴极室c（H⁺）之差为0.8mol/L，
故答案为：0.8mol/L．

点评 本题以氯及其化合物的性质考查氧化还原反应及物质的制备实验，把握习题中的信息及知识迁移应用为解答的关键，侧重学生综合应用能力及信息抽取和分析能力的考查，题目难度中等．