Question

13．二氧化氯是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂．请回答下列有关问题．
（1）ClO₂的制备方法比较实用的有数十种，下列是几种常见的方法．
方法一：2NaClO₃+4HCl（浓）=2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O
对于该反应，下列说法中正确的是AD．
A．该反应中Cl₂是氧化产物    
B．该反应中NaCl、ClO₂是还原产物  
 C．在反应中HCl既作氧化剂又具有酸的作用  
D．1mol NaClO₃参加反应时，有1mol电子发生转移
E．1mol NaClO₃参加反应，理论上能得到33.6L气体
方法二：氯化钠电解法
该法工艺原理如图．其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸反应生成ClO₂．指出工艺中方框中物质为Cl₂（填化学式），理由为在ClO₂发生器中反应生成的Cl₂少于合成HCl所需的量．

（2）将NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比1：6混合，在碱性溶液中恰好反应生成ClO₂，试写出该反应的离子方程式NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑．
（3）在用ClO₂进行水处理时，除了杀菌消毒外，还能除去水中的Fe²⁺和Mn²⁺．试写出用ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂的离子方程式Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O═MnO₂+2ClO₂^-+4H⁺（ClO₂反应后的产物为ClO₂^-）．

Answer 1

分析 （1）方法一：反应2NaClO₃+4HCl（浓）═2NaCl+Cl₂↑+2ClO₂↑+2H₂O中，只有Cl元素化合价发生变化，NaClO₃为氧化剂，HCl为还原剂，并起到酸的作用；
电方法二：解槽中发生NaCl+3H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₃+3H₂↑，NaClO₃和盐酸发生歧化反应，生成NaCl、2ClO₂、Cl₂、H₂O，化学方程式为：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，合成HCl，发生器中生成的氯气不足，应补充氯气；
（2）NCl₃与NaClO₂按物质的量之比为1：6恰好反应生成ClO₂，还生成氯化钠、NaOH，结合电子守恒可知，Cl元素的化合价升高，则N元素化合价降低，还生成氨气；
（3）ClO₂氧化除去Mn²⁺，生成MnO₂、ClO₂^-结合得失电子守恒书写离子方程式．

解答 解：（1）方法一：A．Cl元素化合价升高，被氧化，则该反应中Cl₂是氧化产物，故A正确；
B．该反应中NaCl中元素化合价不变，则既不是氧化产物也不是还原产物，故B错误；
C．在反应中HCl既作还原剂有具有酸的作用，故C错误
D．Cl元素化合价由+5价降低到+4价，则1mol NaClO₃参加反应时，有1mol电子发生转移，故D正确；
E．气体存在的条件未知，不能确定体积，故E错误；
方法二：电解槽中发生NaCl+3H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$NaClO₃+3H₂↑，NaClO₃和盐酸发生歧化反应，生成NaCl、2ClO₂、Cl₂、H₂O，化学方程式为：2NaClO₃+4HCl=2NaCl+2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O，根据以上2个反应，则发现合成HCl时氯气不足，所以发生器中应补充氯气；
故答案为：AD；Cl₂；在ClO₂发生器中反应生成的Cl₂少于合成HCl所需的量；
（2）NCl₃与NaClO₂按物质的量之比为1：6恰好反应生成ClO₂，还生成氯化钠、NaOH，结合电子守恒可知，Cl元素的化合价升高，则N元素化合价降低，还生成氨气，则该反应的离子反应为NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，故答案为：NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑；
（3）ClO₂氧化除去Mn²⁺，生成MnO₂、ClO₂^-，Cl元素的化合价由+4降低到+3，Mn元素化合价由+2升高到+4，结合电子守恒可知该反应的离子反应为Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O═MnO₂+2ClO₂^-+4H ⁺，故答案为：Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O═MnO₂+2ClO₂^-+4H ⁺．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应以及物质的制备方案的设计、电解原理等知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，题目难度中等．