Question

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）工業上制備ClO₂的反應原理常采用：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl．
①濃鹽酸在反應中顯示出來的性質是

B

（填序號）．
A．只有還原性   B．還原性和酸性   C．只有氧化性   D．氧化性和酸性
②若上述反應中產生0.1mol ClO₂，則轉移電子的物質的量為

0.1

mol．
（2）目前已開發出用電解法制取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．寫出陽極產生ClO₂的電極反應式：

Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺

．
②電解一段時間，當陰極產生的氣體體積為112mL（標準狀況）時，停止電解．通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為

0.01

mol；用平衡移動原理解釋陰極區pH增大的原因

在陰極發生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^- a mg/L，現用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，其離子反應方程式為

2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-

；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂

50a

13

mol．

Answer 1

分析：（1）①HCl中的氯元素在產物存在于Cl₂，氯元素的化合價升高，氯元素被氧化，存在NaCl中氯元素的化合價未變化，據此解答；
②ClO₂是還原產物，氯元素的化合價由+5價降低為+4價，轉移電子物質的量等于ClO₂的物質的量；
（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，同時生成氫離子；
②在陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，根據n=

V

Vm

計算氫氣的物質的量，根據電子轉移守恒計算陽離子的物質的量，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，應生成氮氣與二氧化碳，同時生成氯離子；
根據方程式計算需要ClO₂的物質的量．

解答：解：（1）①HCl中的氯元素在產物存在于Cl₂，氯元素的化合價升高，氯元素被氧化，HCl起還原劑注意，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：B；
②ClO₂是還原產物，氯元素的化合價由+5價降低為+4價，轉移電子物質的量為0.1mol×（5-4）=0.1mol，
故答案為：0.1mol；
（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，同時生成氫離子，電極反應式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質的量為

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，應生成氮氣與二氧化碳，同時生成氯離子，反應離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³廢水中CN^-質量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質的量為

100ag

26g/mol

=

50a

13

mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物質的量=

50a

13

mol，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；

50a

13

mol．

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