Question

【題目】二氧化氯（ClO2）是一種新型消毒劑，可用氯酸鈉（NaClO3）為原料制備。

（1）隔膜電解法制備ClO2的裝置示意圖如下：

已知：ClO2在酸性溶液中比較穩(wěn)定，在堿性溶液中不能穩(wěn)定存在。

①產(chǎn)生O2的電極反應(yīng)式：________。

②結(jié)合反應(yīng)方程式，簡(jiǎn)述ClO2的產(chǎn)生過(guò)程：_________。

（2）過(guò)氧化氫還原法制備ClO2：研究發(fā)現(xiàn)Cl-對(duì)上述反應(yīng)有影響，實(shí)驗(yàn)記錄如下：

加入NaCl 的濃度/(g·L1)	ClO2的生成速率/(g·L-1·min-1)			相同時(shí)間
	10 min	30 min	60 min	ClO2 產(chǎn)率/%	Cl2 的量
0	0.0035	0.0124	0.0159	97.12	極微量
1.00	0.0138	0.0162	0.0163	98.79	極微量

①NaCl的主要作用是_______。

②上述反應(yīng)可能的過(guò)程如下：

反應(yīng)i： + + +

反應(yīng)ii： Cl2 + H2O2 = 2Cl- + O2↑ + 2H+

將反應(yīng)i填寫完整_________。

③進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，未添加Cl-時(shí)，體系中首先會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成Cl-，反應(yīng)為：ClO3- + 3H2O2 = Cl- + 3O2↑+3H2O（反應(yīng)iii）。分析反應(yīng)i、ii、iii的速率大小關(guān)系并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_________。

（3）國(guó)家規(guī)定，飲用水中ClO2的殘留量不得高于0.8 mg·L-1，檢測(cè)步驟如下：

Ⅰ．取1.0L的酸性水樣，加入過(guò)量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調(diào)至中性，使ClO2轉(zhuǎn)化為。加入淀粉溶液，溶液變藍(lán)。

Ⅱ．用0.0010 mol/LNa2S2O3溶液滴定步驟I中產(chǎn)生的I2。已知：步驟II中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

①步驟I中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式是________。

②當(dāng)步驟II中出現(xiàn)________（填現(xiàn)象）時(shí)，停止滴加Na2S2O3溶液，記錄其體積為10.00 mL。

③上述水樣中ClO2的殘留濃度是______mg·L-1。

Answer 1

【答案】 陰極反應(yīng)：，產(chǎn)生的在溶液中與發(fā)生反應(yīng)：

。一部分逸出，一部分循環(huán)反應(yīng) 催化劑 反應(yīng)i較快，反應(yīng)ii 與反應(yīng)i 速率相當(dāng)或更快，反應(yīng)iii 較慢。因?yàn)?/span>ClO2產(chǎn)率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時(shí)起始生成ClO2的速率很慢 溶液藍(lán)色恰好消失，30 s 內(nèi)不變?yōu)樗{(lán)色 0.675

【解析】

(1)①氧元素化合價(jià)升高產(chǎn)生O2，氧氣在陽(yáng)極生成；

②根據(jù)裝置圖，在陰極得電子生成，與溶液中ClO3-反應(yīng)生成；

（2）①根據(jù)表格數(shù)據(jù)，可知加入NaCl，生成的速率明顯增大；

②總反應(yīng)－反應(yīng)ii可得反應(yīng)i；

③根據(jù)ClO2產(chǎn)率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時(shí)起始生成ClO2的速率很慢分析反應(yīng)i、ii、iii的速率大小；

（3）①步驟I中ClO2與碘離子反應(yīng)生成和碘單質(zhì)；

②當(dāng)?shù)鈫钨|(zhì)完全反應(yīng)時(shí)，溶液藍(lán)色消失；

③根據(jù)、，可知ClO2與的關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式計(jì)算ClO2殘留濃度。

(1)①水中氧元素化合價(jià)升高產(chǎn)生O2，氧氣在陽(yáng)極生成，陽(yáng)極反應(yīng)式是；

②根據(jù)裝置圖，ClO2的產(chǎn)生過(guò)程是：陰極發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的在溶液中與發(fā)生反應(yīng)：。一部分逸出，一部分循環(huán)反應(yīng)；

（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)，可知加入NaCl，生成的速率明顯增大，所以NaCl的主要作用是作反應(yīng)的催化劑；

②總反應(yīng)的離子方程式是，總反應(yīng)－反應(yīng)ii可得

；

③根據(jù)ClO2產(chǎn)率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時(shí)起始生成ClO2的速率很慢，所以反應(yīng)i較快，反應(yīng)ii 與反應(yīng)i 速率相當(dāng)或更快，反應(yīng)iii 較慢；

（3）①步驟I中ClO2與碘離子反應(yīng)生成和碘單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式是；

②當(dāng)?shù)鈫钨|(zhì)完全反應(yīng)時(shí)，溶液藍(lán)色消失，當(dāng)步驟II中藍(lán)色恰好消失，30 s 內(nèi)不變?yōu)樗{(lán)色時(shí)，達(dá)到滴定終點(diǎn)，停止滴加Na2S2O3溶液。

③根據(jù)、，可知ClO2與的物質(zhì)的量比是1:1；

設(shè)水樣中ClO2的物質(zhì)的量是nmol；

ClO2―――――

1 1

nmol 0.0010 mol/L×0.01L

解得n=1×10 -5mol；

ClO2的殘留濃度是1×10 -5mol×67.5g/mol×103÷1L=0.675 mg·L-1。