Question

20．二氧化氯（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的流程下如下：

已知：①NCl₃是黄色粘稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性臭味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定．
②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
回答下列问题：
（1）气体A的化学式为H₂．
（2）电解时，发生反应的化学方程式为NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃．为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②控制好反应的温度．
（3）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1：6混合在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑．
（4）实验室制取气体B的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
（5）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Fe²⁺和Mn²⁺．写出用ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂的离子方程式（ClO₂反应后的产物为ClO₂^-）Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O=MnO₂↓+2ClO^-₂+4H⁺．

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，再分离得ClO₂和气体B，据此分析解答；
（1）电解NH₄Cl、盐酸的溶液，氢离子放电生成氢气；
（2）电解时铵根离子失去电子，氢离子得到电子；结合信息可知NCl₃防止分解及爆炸；
（3）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；
（4）由（3）可知，B为氨气，实验室利用铵盐与碱共热生成氨气；
（5）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）电解NH₄Cl、盐酸的溶液，氢离子放电生成氢气，则A为H₂，故答案为：H₂；
（2）电解时铵根离子失去电子，氢离子得到电子，电解反应为NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃，结合信息可知NCl₃防止分解及爆炸，则还应控制好反应的温度，故答案为：NH₄Cl+2HCl$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3H₂↑+NCl₃；控制好反应的温度；
（3）NCl₃与NaClO₂按物质的量之比为1：6恰好反应生成ClO₂，还生成氯化钠、NaOH，结合电子守恒可知，Cl元素的化合价升高，则N元素化合价降低，还生成氨气，则该反应的离子反应为NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑，故答案为：NCl₃+3H₂O+6ClO^-₂=6ClO₂↑+3Cl^-+3OH^-+NH₃↑；
（4）由（3）可知，B为氨气，实验室利用铵盐与碱共热生成氨气，该反应为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（5）ClO₂氧化除去Mn²⁺生成MnO₂，ClO₂反应后的产物为ClO^-₂，该反应的离子方程式为Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O=MnO₂↓+2ClO^-₂+4H⁺，
故答案为：Mn²⁺+2ClO₂+2H₂O=MnO₂↓+2ClO^-₂+4H⁺．

点评 本题考查物质的制备，明确流程中发生的电解反应及氧化还原反应是解答本题的关键，题目难度较大，注意信息的应用及流程的分析，（3）为解答的难点．