Question

13．研究含Cl、N、S等元素的化合物對凈化水質(zhì)、防治污染有重要意義．
（1）二氧化氯（ClO₂）是國內(nèi)外公認(rèn)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(yè)上可采用氯酸鈉（NaClO₃）或亞氯酸鈉（NaClO₂）為原料制備ClO₂．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5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-．
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：反應(yīng)生成的氯離子對該反應(yīng)起催化作用．
（2）電解法是目前研究最為熱門的生產(chǎn)ClO₂的方法之一．下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A極（填A(yù)或B）：
②寫出陰極室發(fā)生反應(yīng)依次為：ClO₂+e^-=ClO₂^-、ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
（3）已知：
2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂ （g）?SO₃ （g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定條件下，將體積比為1：2的NO₂（g）、SO₂ （g）置于密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測得上述反應(yīng)平衡時(shí)的NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數(shù)K=$\frac{8}{3}$．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)物為亞氯酸鈉，所在環(huán)境為酸性環(huán)境，生成物為ClO₂氣體，且知此反應(yīng)為歧化反應(yīng)，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式即可；改加pH相同的硫酸，氫離子濃度不變，應(yīng)考慮氯離子的影響；
（2）①與電源負(fù)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(fā)生還原反應(yīng)；
②陰極室中電極A上發(fā)生反應(yīng)ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-與溶液中的ClO₃^-結(jié)合生成ClO₂；
（3）2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1 （i），2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1（ii），[（i）-（ii）]÷2得目標(biāo)方程式，利用三段法計(jì)算平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）亞氯酸鈉在強(qiáng)酸性溶液中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生ClO₂氣體，故化合價(jià)由+3價(jià)升高到+4價(jià)，故部分氯離子降低為-1價(jià)，離子反應(yīng)方程式為：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-，反應(yīng)開始時(shí)，溶液中氯離子濃度很小，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中氯離子濃度增大，反應(yīng)速率加快，可見氯離子起催化作用，
故答案為：5ClO₂^-+4H⁺=4ClO₂↑+Cl^-；反應(yīng)生成的氯離子對該反應(yīng)起催化作用；
（2）①由圖可知，ClO₂在電極A上得到1個(gè)電子，生成ClO₂^-，故A應(yīng)為電源的負(fù)極，故答案為：A；
②陰極室中電極A上發(fā)生反應(yīng)ClO₂+e^-=ClO₂^-，生成的ClO₂^-與溶液中的ClO₃^-結(jié)合生成ClO₂，離子反應(yīng)方程式為：ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O，
故答案為：ClO₂+e^-=ClO₂^-；ClO₃^-+ClO₂^-+2H⁺=2ClO₂↑+H₂O；
（3）2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196.6kJ•mol^-1 （i），2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂ （g）△H=-113.0kJ•mol^-1（ii），[（i）-（ii）]÷2得：NO₂（g）+SO₂ （g）?SO₃ （g）+NO（g），故△H=$\frac{-196.6-（-113.0）}{2}$=-41.8（KJ/mol），
             NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質(zhì)的體積 a       2a       0        0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的體積 x        x       x        x
平衡物質(zhì)的體積 a-x    2a-x      x        x
平衡時(shí)NO₂與SO₂體積比為1：6，即（1a-x）：（2a-x）=1：6，故x=$\frac{4}{5}$a，故平衡常數(shù)K=$\frac{C（S{O}_{3}）C（NO）}{C（N{O}_{2}）C（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{\frac{16}{25}{a}^{2}}{\frac{1}{5}a×\frac{6}{5}a}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：-41.8；$\frac{8}{3}$．

點(diǎn)評 本題以ClO₂、NO₂、SO₂、CO等物質(zhì)為載體，綜合考查離子方程式、化學(xué)平衡移動(dòng)、蓋斯定律以及平衡常數(shù)的計(jì)算等問題，側(cè)重于學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識的能力的考查，題目難度中等．