Question

【題目】二氧化氯(ClO2))是一種在水處理等方面有廣泛應(yīng)用的高效安全消毒劑，而且與Cl2相比不會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物。某課題組以惰性電極電解鹽酸和NH4Cl的混合溶液獲得NCl3溶液，再以NCl3溶液和NaClO2反應(yīng)制得ClO2。回答下列問題：

（1）ClO2被I-還原為ClO2-、Cl-的轉(zhuǎn)化率與溶液pH的關(guān)系如圖所示：

①pH≤2時(shí)，ClO2與I-反應(yīng)生成I2的離子方程式為_________________。

②在用ClO2進(jìn)行水處理時(shí)，除了殺菌消毒外，還能除去水中的Fe2+和Mn2+，ClO2氧化Mn2+生成MnO2的反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為________。

（2）NCl3的水解產(chǎn)物有NHCl2、NH2Cl等。

①NCl3的電子式為________，其中氯元素的化合價(jià)是________；NH2Cl仍可緩慢發(fā)生水解，其化學(xué)方程式為_________________。

②NCl3在NaOH溶液中水解生成N2，NaClO和NaCl，其化學(xué)方程式為______________。

③NCl3與NaClO2按物質(zhì)的量之比1∶6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO2和氨，該反應(yīng)的離子方程式為___________________。

（3）有下列兩種方法制備ClO2：

方法一：2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O

方法二：2NaClO3+H2O2+H2SO4=2ClO2↑+Na2SO4+O2↑+2H2O

用方法二制備的ClO2更適合用于飲用水消毒，其主要原因是_______________。

（4）電解獲得NCl3溶液的化學(xué)方程式為__________________。

Answer 1

【答案】2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O 2：1 +1 NH2Cl+2H2O NH3·H2O+HClO 2NCl3+6NaOH=N2↑+3NaCl+3NaClO+3H3O NCl3+6ClO-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH- 制備的ClO2中不含Cl2，不會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物 NH4Cl+2HCl 3H2↑+NCl3

【解析】

（1）①由圖可知，pH≤2時(shí)，ClO2與I－反應(yīng)生成I2、Cl-和H2O；

②由圖可知，中性溶液中ClO2與Mn2+反應(yīng)生成MnO2和ClO2-；NH2Cl在溶液中緩慢發(fā)生水解生成一水合氨和次氯酸；

（2）①由NCl3的水解產(chǎn)物有NHCl2、NH2Cl可知，分子中氮元素呈-3價(jià)，氯元素呈+1價(jià)；

②NCl3在NaOH溶液中水解生成N2，NaClO和NaCl，反應(yīng)中氮元素被氧化，氯元素部分被還原；

③由NCl3與NaClO2按物質(zhì)的量之比1∶6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO2和氨可知，反應(yīng)中+3價(jià)氯元素失電子被氧化生成ClO2，+1價(jià)氯元素得電子被還原生成Cl-；

（4）由題給信息可知Cl2在水處理過程中會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物，用方法二制備的ClO2中不含Cl2；

（5）以惰性電極電解鹽酸和NH4Cl的混合溶液獲得NCl3溶液時(shí)，氯離子在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NCl3，氫離子在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣。

（1）①由圖可知，pH≤2時(shí)，ClO2與I-反應(yīng)生成I2、Cl-和H2O，反應(yīng)的離子方程式為2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O，故答案為2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O；

②由圖可知，中性溶液中ClO2與Mn2+反應(yīng)生成MnO2和ClO2-，由得失電子數(shù)目守恒可知，ClO2氧化Mn2+生成MnO2的反應(yīng)中有如下關(guān)系n(ClO2)=2n(Mn2+)，則氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為2:1，故答案為2:1；

（2）①NCl3為共價(jià)化合物，由NCl3的水解產(chǎn)物有NHCl2、NH2Cl可知，分子中氮元素呈—3價(jià)，氯元素呈+1價(jià)，電子式為；NH2Cl在溶液中緩慢發(fā)生水解生成一水合氨和次氯酸，水解反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH2Cl+2H2O NH3·H2O+HClO，故答案為；+1；NH2Cl+2H2O NH3·H2O+HClO；

②NCl3在NaOH溶液中水解生成N2，NaClO和NaCl，反應(yīng)中氮元素被氧化，氯元素部分被還原，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NCl3+6NaOH=N2↑+3NaCl+3NaClO+3H3O，故答案為2NCl3+6NaOH=N2↑+3NaCl+3NaClO+3H3O；

③由NCl3與NaClO2按物質(zhì)的量之比1∶6混合，在溶液中恰好反應(yīng)生成ClO2和氨可知，反應(yīng)中+3價(jià)氯元素失電子被氧化生成ClO2，+1價(jià)氯元素得電子被還原生成Cl-，反應(yīng)的離子方程式為NCl3+6ClO2-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-，故答案為NCl3+6ClO-+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3Cl-+3OH-；

（4）由題給信息可知Cl2在水處理過程中會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物，用方法二制備的ClO2中不含Cl2，不會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物，故選擇方法二，故答案為制備的ClO2中不含Cl2，不會(huì)產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機(jī)氯代物；

（5）以惰性電極電解鹽酸和NH4Cl的混合溶液獲得NCl3溶液時(shí)，氯離子在陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成NCl3，氫離子在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4Cl+2HCl 3H2↑+NCl3，故答案為NH4Cl+2HCl 3H2↑+NCl3。