Question

ClO₂是一种国际上公认的安全无毒的绿色水处理剂。ClO₂易爆炸，若用“惰性气体”等稀释时，爆炸性则大大降低。某化学小组用如图所示装置制备ClO₂并处理废水。回答下列问题：

(1)仪器A的作用是__________，C装置的作用为__________。

(2)装置B中发生反应的离子方程式为______________________________。选用以上试剂制备ClO₂的优点是______________________________。

(3)ClO₂可与工业废水中CN^－反应生成对大气无污染的气体，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。

(4)有同学认为装置B反应后的溶液中可能存在Cl^－，请设计实验验证。简要写出所需试剂、实验操作、现象和结论(已知AgClO₃可溶于水)______________________________________。

(5)二氧化氯也可采用电解法生产：4ClO₃^－＋2H₂O4ClO₂↑＋O₂↑＋4OH^－，写出电解过程中阴极反应方程式为__________________________________________。

Answer

加入草酸溶液，控制草酸的滴加量或控制反应速率 安全瓶，防倒吸 H2C2O4 + 2ClO3－ + 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O 生成ClO2的同时还产生CO2，CO2可稀释ClO2，大大降低爆炸的可能性 1：1 取少量B装置反应后的溶液于试管中，加入足量硝酸钡溶液，振荡，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生，若有，则存在Cl－，若无，则不存在Cl－； ClO3－+e－= ClO2↑+2OH－

【解析】

根据装置图可得，A为分液漏斗，可添加液体和控制流速，C为安全瓶，防倒吸；B装置为制备ClO2装置，氯酸钾氧化草酸生成CO2、ClO2，根据氧化还原得失电子守恒可得方程式；ClO2氧化CN－生成CO2和N2，根据得失电子求氧化剂和还原剂物质的量之比；装置B中有硫酸根剩余，若要检验Cl－，则先除去硫酸根离子再检验；电解时阴极发生还原反应，根据总反应可得电极式；据此分析。

(1)根据装置图可知，A为分液漏斗，作用为加入草酸溶液，控制草酸的滴加量或控制反应速率；依据C装置进气管、出气管均较短可知，C为安全瓶，防倒吸；答案为：加入草酸溶液，控制草酸的滴加量或控制反应速率；安全瓶，防倒吸；

(2)B装置为制备ClO2装置，氯酸钾氧化草酸生成CO2、ClO2，根据氧化还原得失电子守恒可得方程式：H2C2O4 + 2ClO3－+ 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O；ClO2易爆炸，若用“惰性气体”等稀释时，爆炸性则大大降低，产生CO2为无关气体，所以优点是生成CO2可稀释ClO2，大大降低爆炸的可能性；答案为：H2C2O4 + 2ClO3－+ 2H+= 2CO2↑ + 2ClO2↑ + 2H2O；生成ClO2的同时还产生CO2，CO2可稀释ClO2，大大降低爆炸的可能性；

(3)ClO2可与工业废水中CN－反应生成对大气无污染的气体，产物是CO2和N2，该反应中氧化剂是ClO2，被还原为Cl－，每摩尔氧化剂化合价降低5价；还原剂是CN－,氧化产物是CO2和N2，每摩尔还原剂化合价升高5价，物质的量之比为1：1；答案为：1：1；

(4)装置B中有硫酸根剩余，若要检验Cl－，则先除去硫酸根离子再检验；答案为：取少量B装置反应后的溶液于试管中，加入足量硝酸钡溶液，振荡，充分反应后静置，取上层清液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀产生，若有，则存在Cl－，若无，则不存在Cl－；

(5)电解时阴极发生还原反应，根据总反应4ClO3－＋2H2O4ClO2↑＋O2↑＋4OH－得电极式为：ClO3－+e－= ClO2↑+2OH－；答案为：ClO3－+e－= ClO2↑+2OH－；