Question

12．Cl₂及其化合物在生產(chǎn)、生活中具有廣泛的用途．
25℃時(shí)將氯氣溶于水形成氯氣-氯水體系，該體系中Cl₂（aq）、HClO和ClO^-分別在三者中所占分?jǐn)?shù)（α）隨pH變化的關(guān)系如圖一所示．

（1）已知HClO的殺菌能力比ClO^-強(qiáng)，由圖一分析，用氯氣處理飲用水時(shí)，pH=7.5與pH=6時(shí)殺菌效果強(qiáng)的是pH=6時(shí)．氯氣-氯水體系中，存在多個(gè)含氯元素的平衡關(guān)系，分別用平衡方程式表示為Cl₂（aq）+H₂O?HClO+H⁺+Cl^-，HClO?H⁺+ClO^-，Cl₂（g）?Cl₂（aq）．
（2）ClO₂是一種易爆炸的強(qiáng)氧化性氣體，是一種良好的新型消毒劑．工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂．最近，科學(xué)家又研究出了在酸性溶液中用草酸鈉（Na₂C₂O₄）還原氯酸鈉制取ClO₂的方法，該反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為C₂O₄^2-+2ClO₃^-+4H⁺═2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O．此法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)中生成的二氧化碳有稀釋作用，大大提高了ClO₂生產(chǎn)及儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)陌踩�性．工業(yè)上還可用電解法制備ClO₂，在80℃時(shí)電解氯化鈉溶液得到NaClO₃，然后與鹽酸反應(yīng)得到ClO₂．電解過(guò)程中NaClO₃在陽(yáng)極（填“陰”或“陽(yáng)”）生成，生成ClO₃^-的電極反應(yīng)式為Cl^--6e^-+3H₂O=6H⁺+ClO₃^-．
（3）一定條件下，在水溶液中 1mol Cl^-、1mol ClO_x^-（x=1、2、3、4）的能量大小與化合價(jià)的關(guān)系如圖二所示．從能量角度看，C、D、E中最不穩(wěn)定的離子是ClO₂^-（填離子符號(hào)）．B→A+D反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3ClO^-（aq）=2Cl^-（aq）+ClO₃^-（aq）△H=-116kJ/mol（用離子符號(hào)表示）．

Answer 1

分析 （1）HClO的殺菌能力比ClO^-強(qiáng)，則HClO含量越大其殺菌效果越好；該體系中存在的平衡有氯氣和水反應(yīng)平衡、次氯酸的電離平衡、氯氣的溶解平衡；
（2）用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，NaClO₂中Cl元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，則氯氣中Cl元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；在酸性溶液中用草酸鈉（Na₂C₂O₄）還原氯酸鈉制取ClO₂，同時(shí)生成二氧化碳，電解氯化鈉溶液時(shí)，陽(yáng)極上氯離子失電子和水反應(yīng)生成氯酸根離子和氫離子；
（3）微粒中能量越高越不穩(wěn)定；B自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成A和D，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得該反應(yīng)方程式為3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反應(yīng)熱=（64kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-116kJ/mol．

解答 解：（1）HClO的殺菌能力比ClO^-強(qiáng)，則HClO含量越大其殺菌效果越好，根據(jù)圖知，pH=6時(shí)HClO含量較高，所以pH=6時(shí)漂白效果較好，
含氯的物質(zhì)存在平衡的狀態(tài)為氯氣和水反應(yīng)，次氯酸電離平衡，液態(tài)氯氣和氣態(tài)氯氣的平衡等，氯氣-氯水體系中，存在多個(gè)含氯元素的平衡關(guān)系，分別用平衡方程式表示為Cl₂（aq）+H₂O?HClO+H⁺+Cl^-； HClO?H⁺+ClO^-，Cl₂（g）?Cl₂（aq），
故答案為：pH=6時(shí)；Cl₂（aq）+H₂O?HClO+H⁺+Cl^-，HClO?H⁺+ClO^-，Cl₂（g）?Cl₂（aq）；
（2）ClO₂是一種新的消毒劑，工業(yè)上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，結(jié)合原則守恒和電子守恒寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程Cl₂+2NaClO₂=2NaCl+2ClO₂，
在酸性溶液中用草酸鈉（Na₂C₂O₄）還原氯酸鈉制取ClO₂，同時(shí)生成二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為C₂O₄^2-+2ClO₃^-+4H⁺═2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O，
電解氯化鈉溶液時(shí)，陽(yáng)極上氯離子失電子和水反應(yīng)生成氯酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為Cl^--6e^-+3 H₂O=6H⁺+ClO₃^-，反應(yīng)中生成的二氧化碳有稀釋作用，大大提高了ClO₂生產(chǎn)及儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)陌踩�性�?br />故答案為：Cl₂+2NaClO₂═2NaCl+2ClO₂；C₂O₄^2-+2ClO₃^-+4H⁺═2ClO₂↑+2CO₂↑+2H₂O；反應(yīng)中生成的二氧化碳有稀釋作用，大大提高了ClO₂生產(chǎn)及儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)陌踩�性；�?yáng)； Cl^--6e^-+3H₂O=6H⁺+ClO₃^-；
（3）圖象分析可知，能量越高越活潑，+3價(jià)的離子最活潑為ClO₂^-；
B→A+C，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得該反應(yīng)方程式為3ClO^-=ClO₃^-+2Cl^-，反應(yīng)熱=（64kJ/mol+2×0kJ/mol）-3×60kJ/mol=-116kJ/mol，所以該熱化學(xué)反應(yīng)方程式為3ClO^-（aq）=ClO₃^-（aq）+2Cl^-（aq）△H=-116kJ/mol，
故答案為：ClO₂^-；3ClO^-（aq）=2Cl^-（aq）+ClO₃^-（aq）△H=-116kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題以氯元素為載體考查反應(yīng)熱的計(jì)算、電解原理、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查學(xué)生知識(shí)運(yùn)用及圖象分析能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)及（3）題反應(yīng)熱的計(jì)算，題目難度中等．