Question

【題目】二氧化氯（ClO2）是一種新型消毒劑，可用氯酸鈉（NaClO3）為原料制備。

（1）隔膜電解法制備ClO2的裝置示意圖如下：

已知：ClO2在酸性溶液中比較穩定，在堿性溶液中不能穩定存在。

①產生O2的電極反應式：________。

②結合反應方程式，簡述ClO2的產生過程：_________。

（2）過氧化氫還原法制備ClO2：研究發現Cl-對上述反應有影響，實驗記錄如下：

加入NaCl 的濃度/(g·L1)	ClO2的生成速率/(g·L-1·min-1)			相同時間
	10 min	30 min	60 min	ClO2 產率/%	Cl2 的量
0	0.0035	0.0124	0.0159	97.12	極微量
1.00	0.0138	0.0162	0.0163	98.79	極微量

①NaCl的主要作用是_______。

②上述反應可能的過程如下：

反應i： + + +

反應ii： Cl2 + H2O2 = 2Cl- + O2↑ + 2H+

將反應i填寫完整_________。

③進一步研究發現，未添加Cl-時，體系中首先會發生反應生成Cl-，反應為：ClO3- + 3H2O2 = Cl- + 3O2↑+3H2O（反應iii）。分析反應i、ii、iii的速率大小關系并簡要說明理由：_________。

（3）國家規定，飲用水中ClO2的殘留量不得高于0.8 mg·L-1，檢測步驟如下：

Ⅰ．取1.0L的酸性水樣，加入過量的碘化鉀，再用氫氧化鈉溶液調至中性，使ClO2轉化為。加入淀粉溶液，溶液變藍。

Ⅱ．用0.0010 mol/LNa2S2O3溶液滴定步驟I中產生的I2。已知：步驟II中發生反應的離子方程式是

①步驟I中發生的氧化還原反應的離子方程式是________。

②當步驟II中出現________（填現象）時，停止滴加Na2S2O3溶液，記錄其體積為10.00 mL。

③上述水樣中ClO2的殘留濃度是______mg·L-1。

Answer 1

【答案】 陰極反應：，產生的在溶液中與發生反應：

。一部分逸出，一部分循環反應 催化劑 反應i較快，反應ii 與反應i 速率相當或更快，反應iii 較慢。因為ClO2產率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時起始生成ClO2的速率很慢 溶液藍色恰好消失，30 s 內不變為藍色 0.675

【解析】

(1)①氧元素化合價升高產生O2，氧氣在陽極生成；

②根據裝置圖，在陰極得電子生成，與溶液中ClO3-反應生成；

（2）①根據表格數據，可知加入NaCl，生成的速率明顯增大；

②總反應－反應ii可得反應i；

③根據ClO2產率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時起始生成ClO2的速率很慢分析反應i、ii、iii的速率大小；

（3）①步驟I中ClO2與碘離子反應生成和碘單質；

②當碘單質完全反應時，溶液藍色消失；

③根據、，可知ClO2與的關系式，根據關系式計算ClO2殘留濃度。

(1)①水中氧元素化合價升高產生O2，氧氣在陽極生成，陽極反應式是；

②根據裝置圖，ClO2的產生過程是：陰極發生反應，產生的在溶液中與發生反應：。一部分逸出，一部分循環反應；

（2）根據表格數據，可知加入NaCl，生成的速率明顯增大，所以NaCl的主要作用是作反應的催化劑；

②總反應的離子方程式是，總反應－反應ii可得

；

③根據ClO2產率很高并且Cl2的量極微量，并且不添加Cl- 時起始生成ClO2的速率很慢，所以反應i較快，反應ii 與反應i 速率相當或更快，反應iii 較慢；

（3）①步驟I中ClO2與碘離子反應生成和碘單質，反應的離子方程式是；

②當碘單質完全反應時，溶液藍色消失，當步驟II中藍色恰好消失，30 s 內不變為藍色時，達到滴定終點，停止滴加Na2S2O3溶液。

③根據、，可知ClO2與的物質的量比是1:1；

設水樣中ClO2的物質的量是nmol；

ClO2―――――

1 1

nmol 0.0010 mol/L×0.01L

解得n=1×10 -5mol；

ClO2的殘留濃度是1×10 -5mol×67.5g/mol×103÷1L=0.675 mg·L-1。