Question

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                                                。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                                     。
（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                                  。
（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      极(填A或B)：
②写出阴极室发生反应依次为：                       、
                           ；
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             。

Answer 1

（1）5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O；反应生成的Cl^-对反应起催化作用；
（2）H₂O₂做还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸则产生大量Cl₂；
（3）①A； ②ClO₂+e^-= ClO₂^-；ClO₃^-+ ClO₂^-+2 H⁺= 2ClO₂↑+ H₂O；③ 0.8mol/L

解析试题分析：（1）根据题意，结合原子守恒、电子守恒及电荷守恒的知识可得该反应的两种方程式为5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O。在pH相同的盐酸的反应速率比硫酸中快，说明是溶液中的Cl-可能会影响化学反应速率；一段时间后在硫酸中的发生速率也加快，就是由于在5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-+2H₂O中随着反应的进行，溶液中Cl^-的浓度增大了。这就进一步证实了前面的推测的正确性。（2）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做还原剂时氧化产物为O₂，而盐酸则产生大量Cl₂；O₂是大气的成分，而Cl₂是大气污染物，会对环境造成危害。（3）①根据题图中物质所含元素的化合价的变化情况可以看出：A电极所连接的电极发生还原反应，是电解池的阴极。所以A为电源的负极，B为电源的正极。②写出阴极室发生反应依次为ClO₂+e^-= ClO₂^-；ClO₃^-+ ClO₂^-+2H⁺= 2ClO₂↑+ H₂O。③在整个闭合回路中电子转移数目相等。阴极室每产生4mol的ClO₂电子转移4mol,同时在阳极室发生反应：4OH^--4e^-=2H₂O+ O₂↑。产生1mol的O₂。因此转移4mold 电子，产生气体5mol.现在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。
考点：考查二氧化氯(ClO₂)的各种制取方法及反应原理的知识。