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的电极反应式和离子方程式

_______________________               ___ ；                                          。

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）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-+2H+= 2ClO2↑+ H2O；③ 0.8mol/L

【解析】

试题分析：（1）亚氯酸钠在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO2气体，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离子方程式为5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O。在pH相同的盐酸中的反应速率比硫酸中快，说明溶液中的Cl-可能会影响化学反应速率；一段时间后在硫酸中的反应速率也加快，这是由于发生反应5ClO2-+4H+=4ClO2↑+Cl-+2H2O，随着反应的进行，溶液中Cl-的浓度增大了，所以产生气体速率迅速加快的原因是反应生成的Cl-对反应起催化作用。

（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根据题图可知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4mol电子，一共产生5mol气体。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：考查离子方程式的书写，化学反应速率的影响因素，电解池的工作原理等知识。