Question

二氧化氯(ClO₂)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。

(1)工业上制备ClO₂的反应原理常采用：2NaClO₃ + 4HCl＝2ClO₂↑+ Cl₂↑+ 2H₂O + 2NaCl。

①浓盐酸在反应中显示出来的性质是____(填序号)。

A.只有还原性   B.还原性和酸性   C.只有氧化性   D.氧化性和酸性

②若上述反应中产生0.1mol ClO₂，则转移电子的物质的量为________mol。

(2)目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。

①如图所示用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂。写出阳极产生ClO₂的电极反应式：___________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 ____mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因_____________。

(3)ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2﹣和CN^﹣等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN^﹣ a mg/L，现用ClO₂将CN^﹣氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为________；处理50m³这种污水，至少需要ClO₂______mol。

Answer

B 0.1 Cl﹣﹣5e﹣+2H2O＝ClO2↑+4H+ 0.01 在阴极发生2H++2e﹣＝H2↑，H+浓度减小，使得H2O⇌OH﹣+H+的平衡向右移动，OH﹣浓度增大，pH增大 2ClO2+2CN﹣＝N2↑+2CO2↑+2Cl﹣ 25a/13

【解析】

(1)①HCl中的氯元素在产物存在于Cl2，氯元素的化合价升高，氯元素被氧化，存在NaCl中氯元素的化合价未变化，据此解答；

②ClO2是还原产物，氯元素的化合价由+5价降低为+4价，转移电子物质的量等于ClO2的物质的量；

(2)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子；

②在阴极发生2H++2e-=H2↑，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，根据n=计算氢气的物质的量，根据电子转移守恒计算阳离子的物质的量，电解中H+浓度减小，使得H2O⇌OH-+H+的平衡向右移动；

(3)ClO2将CN-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子；根据方程式计算需要ClO2的物质的量。

(1)①HCl中的氯元素在产物存在于Cl2，氯元素的化合价升高，氯元素被氧化，HCl起还原剂作用，同时存在NaCl中氯元素的化合价未变化，故HCl还起酸的作用，故答案为B；

②ClO2是还原产物，氯元素的化合价由+5价降低为+4价，转移电子物质的量为0.1mol×(5-4)=0.1mol；

(2)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；

②在阴极发生2H++2e-=H2↑，氢气的物质的量为=0.005mol，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，故交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2=0.01mol，电解中阴极H+浓度减小，使得H2O⇌OH-+H+的平衡向右移动，溶液的pH增大；

(3)ClO2将CN-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，反应离子方程式为：2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl-，50m3废水中CN-质量=50m3×ag/m3=50ag，CN-的物质的量为mol，由方程式可知，至少需要ClO2的物质的量=mol。