Question

15．二氧化氯（ClO₂）是一种在水处理等方面有广泛应用的高效、安全的消毒剂．实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程下如图：

请回答下列问题：
（1）ClO₂中Cl的化合价是+4．
（2）实验室用NH₄Cl和Ca（OH）₂制取NH₃的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
（3）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）反应的化学方程式为NCl₃+3H₂O+6NaClO₂═6ClO₂↑+3NaCl+3NaOH+NH₃↑，该反应的氧化剂是NCl₃，若产生11.2L（标准状况）NH₃，则转移电子的总数为3N_A．
（4）在用二氧化氯进行水处理时，除了杀菌消毒外，还能除去水中的Fe³⁺和Mn²⁺，写出用ClO₂将Mn²⁺氧化为MnO₂的离子方程式（ClO₂反应后的产物为Cl^-）：5Mn²⁺+2ClO₂+6H₂O=5MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺．

Answer 1

分析 由生产流程可知氯化铵在盐酸溶液中进行电解，阴极生成氢气，阳极生成NCl₃，电解方程式为NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃，在NCl₃溶液中加入NaClO₂发生氧化还原反应，可生成混合气体ClO₂和NH₃．
（1）根据化合物化合价代数和为0计算；
（2）NH₄Cl和Ca（OH）₂反应生成氨气、氯化钙；
（3）根据氧化剂的概念分析；根据NCl₃+3H₂O+6NaClO₂═6ClO₂↑+3NaCl+3NaOH+NH₃↑可知，转移6mol电子生成氨气1mol，以此计算；
（4）ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂，ClO₂反应后的产物为ClO^-₂，以此书写离子方程式．

解答 解：（1）ClO₂中氧元素-2价，化合物中化合价代数和为0，则氯元素+4价，故答案为：+4；
（2）实验室用NH₄Cl和Ca（OH）₂制取NH₃的化学方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（3）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）反应的化学方程式为NCl₃+3H₂O+6NaClO₂═6ClO₂↑+3NaCl+3NaOH+NH₃↑，该反应中，NaClO₂中氯元素由+3价升高到ClO₂中的+4价，失电子，作还原剂，NCl₃中的氮元素由+3价生成氨气中的-3价，得电子，作氧化剂，生成1mol氨气转移电子数为6mol，产生11.2L（标准状况）NH₃，则转移电子的总数为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×6×N_A=3N_A；
故答案为：NCl₃；3；
（4）ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂，ClO₂反应后的产物为Cl^-，该反应的离子方程式为5Mn²⁺+2ClO₂+6H₂O=5MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺，
故答案为：5Mn²⁺+2ClO₂+6H₂O=5MnO₂↓+2Cl^-+12H⁺．

点评 本题考查物质的制备，涉及实验室制氨气、氧化还原反应的原理和有关计算，为高频考点，根据电子守恒及质量守恒定律得出化学反应方程式是解答本题的关键，题目难度中等．