Question

10．二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
（1）工業(yè)上制備ClO₂的反應(yīng)原理常采用：2NaClO₃+4HCl═2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl．
①濃鹽酸在反應(yīng)中顯示出來的性質(zhì)是AB（填序號）．
A．還原性      B．酸性      C．氧化性
②若上述反應(yīng)中產(chǎn)生0.1mol ClO₂，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1mol．
（2）目前已開發(fā)出用電解法制取ClO₂的新工藝．
①如圖示意用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂．寫出陽極產(chǎn)生ClO₂的電極反應(yīng)式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②電解一段時間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時，停止電解．通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.01mol；用平衡移動原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，OH^-濃度增大，pH增大．
（3）ClO₂對污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^-amg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，其離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂$\frac{50a}{13}$mol．

Answer 1

分析 （1）2NaClO₃+4HCl（濃）=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl中，Cl元素的化合價由+5價降低為+4價，Cl元素的化合價由-1價升高為0；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時生成氫離子；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算陽離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動；
（3））ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮氣與二氧化碳，同時生成氯離子；根據(jù)方程式計算需要ClO₂的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①HCl中的氯元素在產(chǎn)物存在于Cl₂，氯元素的化合價升高，氯元素被氧化，HCl起還原劑作用，同時存在NaCl中氯元素的化合價未變化，故HCl還起酸的作用，故答案為：AB；
②ClO₂是還原產(chǎn)物，氯元素的化合價由+5價降低為+4價，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.1mol×（5-4）=0.1mol，
故答案為：0.1；
（2）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，溶液的pH增大，
故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動，OH^-濃度增大，pH增大；
（3）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮氣與二氧化碳，同時生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質(zhì)的量為$\frac{100ag}{26g/mol}$=$\frac{50a}{13}$mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量$\frac{50a}{13}$mol，故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；$\frac{50a}{13}$mol．

點評 本題考查氧化還原反應(yīng)、常用化學(xué)用語、電解原理、化學(xué)計算等，題目難度中等，電解反應(yīng)是難點、易錯點，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)與分析解決問題的能力．