内容正文:
第五章 非金属及其化合物
第16讲 氯及其重要化合物
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第五章 非金属及其化合物
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第五章 非金属及其化合物
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CONTENTS
核心考点突破
01
高考真题感悟
02
知能达标训练
03
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01
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第五章 非金属及其化合物
ClO-+Cl-+2H+===Cl2↑+H2O
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第五章 非金属及其化合物
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第五章 非金属及其化合物
[课程标准] 1.掌握氯气的性质和实验室制法。2.了解次氯酸及其盐的性质和用途。3.了解氯及其重要化合物对环境的影响。
考点一 氯气 重要的含氯化合物
1.氯气的物理性质
颜色
状态
气味
密度
毒性
溶解性
黄绿色
气体
刺激性
比空气大
有毒
1体积水溶解约2体积Cl2
2.氯气的化学性质
(1)从原子结构的角度认识氯气的氧化性
原子结构:
类别:Cl2是活泼的非金属单质,能氧化许多金属、非金属以及一些具有还原性的物质。
(2)从化合价的角度认识氯气的歧化反应
氯气与水或碱反应,氯元素的化合价既有升高又有降低,因而氯气既表现氧化性又表现还原性。
(3)从平衡的角度理解氯水的成分
在25 ℃时,1体积的水可溶解约___体积的氯气,氯气的水溶液称为氯水,溶于水中的部分氯气与水反应。
三种平衡
存在微粒
Cl2+H2OHCl+HClO
HClOH++ClO-
H2OH++OH-
(4)从成分的角度理解氯水的性质
新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质,在不同的化学反应中,氯水中参与反应的微粒可能不同。
[自主思考1]
下列实验事实,分别说明氯水中含有哪些粒子?完成下列表格:
序号
实验事实
粒子化学式
①
新制氯水显黄绿色且有刺激性气味
________
②
向氯水中加入AgNO3溶液,生成白色沉淀
________
③
向氯水中加入Na2CO3粉末,有气泡产生
________
④
向氯水中滴加石蕊溶液,先变红后褪色
__________
提示 ①Cl2 ②Cl- ③H+ ④H+、HClO
3.次氯酸和次氯酸盐
(1)次氯酸
(2)漂白液
(3)漂白粉
[自主思考2]
同学们发现久置的氯水会失去漂白性,溶液由浅黄绿色变为无色。为探究氯水失效的原因,进行如下实验:用强光照射盛有氯水的密闭广口瓶,并用传感器测定广口瓶中数据,得到如图所示曲线。
解释两图中曲线变化的原因:_______________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
若在上述整个实验过程中测定溶液的pH,pH的变化是_________________ _____________________________________________。
提示 氯水中存在反应:Cl2+H2OHCl+HClO,由于HClO不稳定,见光易分解:2HClO eq \o(=====,\s\up17(光照))2HCl+O2↑,使O2体积分数增加,Cl2与水不断反应和HClO分解生成的HCl使溶液中c(Cl-)增大 逐渐减小,最终保持不变
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)漂白粉在空气中长时间放置,最终得到的固体产物为CaCO3。( )
(2)NaClO是84消毒液的主要成分,在使用84消毒液时,在空气中放置一段时间后,漂白效果更好。( )
(3)84消毒液和酒精同时使用可增强杀菌效果。( )
(4)用Cl2消毒的自来水中可能含有有机氯化物,对人体有害。( )
(5)可以用pH试纸测定氯水的pH。( )
(6)向Ca(ClO)2溶液中通入SO2,生成白色沉淀CaSO3。( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
一、氯气、氯水的性质
1.(2025·江西南昌三模)将分液漏斗中的浓盐酸滴入具支试管中生成Cl2,将Cl2通入后续的玻璃弯管中,进行如下图探究实验。下列说法错误的是( )
A.固体X可能为KMnO4
B.a处花瓣褪色,说明Cl2具有漂白性
C.加热b处,可见白烟,Na与Cl2反应是放热反应
D.d处玻璃管膨大处起防止液体冲出的作用
解析 实验室可用KMnO4与浓盐酸在常温下反应制备Cl2,故X可能为KMnO4,A正确;Cl2本身无漂白性,a处鲜花花瓣含水分,Cl2与水反应生成的HClO具有漂白性使花瓣褪色,并非Cl2直接漂白,B错误;Na与Cl2加热反应生成NaCl白色固体(白烟),反应开始需加热引发,一旦反应即可持续进行,说明该反应为放热反应,C正确;d处玻璃管膨大处可缓冲压力,防止后续装置中液体因压力变化冲出,起安全作用,D正确。
答案 B
2.(2025·江苏南通段考)下列化学反应表示正确的是( )
A.Cl2与水的反应:Cl2+H2O===2H++Cl-+ClO-
B.将氯水在强光下照射的化学方程式:2HClO eq \o(=====,\s\up17(光照))Cl2↑+2H2O
C.氨气检验Cl2泄漏的化学方程式:3Cl2+8NH3===N2+6NH4Cl
D.Cl2处理含氰碱性废水的离子方程式:5Cl2+2CN-+4H2O===10Cl-+N2↑+2CO2↑+8H+
解析 HClO是弱酸,在离子方程式中保留分子式,且为可逆反应,A错误;将氯水在强光下照射分解生成HCl和氧气,B错误;Cl2处理含氰碱性废水的离子方程式为:5Cl2+2CN-+8OH-===10Cl-+N2↑+2CO2↑+4H2O,D错误;故选C。
答案 C
二、次氯酸及其盐的性质
3.某项目化学学习小组开展了对84消毒液使用安全性的研究。查找资料可知:
①常温下电离常数Ka(HClO)=4.0×10-8,Ka1(H2CO3)=4.5×10-7,Ka2(H2CO3)=4.7×10-11;
②HClO的消毒效果远高于ClO-,而ClO-的稳定性要高于HClO。
(1)在84消毒液中滴加几滴酚酞溶液,可观察到的现象是________________ _____________________________________________________。
(2)通常购买的84消毒液pH在12左右,目的是增强消毒液的稳定性,结合方程式与必要的文字说明,试从化学平衡的角度分析原因:__________________
____________________________________________________________________。
(3)84消毒液必须避光密封保存,目的是防止与空气中的二氧化碳反应而变质,试写出该反应的离子方程式:________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)将漂粉精加入稀盐酸中,发现漂白性不仅没有增强,反而减弱,结合离子方程式解释其原因:_________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案 (1)溶液先变红后褪色
(2)次氯酸钠溶液中存在水解平衡:ClO-+H2OHClO+OH-,调节pH在12左右,可以抑制ClO-的水解,减少生成不稳定的HClO
(3)CO2+ClO-+H2O===HClO+HCO eq \o\al(-,3)
(4)2H++Cl-+ClO-===Cl2↑+H2O,氯气逸出,导致Ca(ClO)2失效
三、其他含氯消毒剂
4.(2025·湖北武汉模拟)亚氯酸钠(NaClO2,受热易分解)是一种重要的含氯消毒剂,一种制备NaClO2的工艺流程如图所示,下列说法错误的是( )
A.“滤渣”的主要成分为CaCO3
B.流程中两处盐酸的作用不同
C.操作a为“减压蒸发”
D.理论上,该流程中n(Cl2)∶n(O2)=2∶1
解析 粗食盐水中含有杂质Ca2+,加入过量碳酸钠可将所有Ca2+完全沉淀,故滤渣为CaCO3,A正确;流程中两处盐酸,第一次用盐酸是除碳酸钠,第二次用盐酸是还原氯酸钠生成ClO2,两处HCl的作用不相同,B正确;由于NaClO2受热易分解,因此利用减压蒸发,C正确;反应Ⅱ中产生Cl2的化学方程式为2NaClO3+4HCl===2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O,ClO2吸收塔中产生O2的化学方程式为2ClO2+2NaOH+H2O2===2NaClO2+O2↑+2H2O,故理论上,产生Cl2、O2的物质的量之比为1∶1,D错误。
答案 D
5.有效氯是指每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力,试分别计算NaClO、ClO2、NaClO2的有效氯。
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
答案 NaClO: eq \f(2,74.5)×35.5≈0.95
ClO2: eq \f(5,67.5)×35.5≈2.63
NaClO2: eq \f(4,90.5)×35.5≈1.57
考点二 氯气的实验室制法
1.实验室制Cl2的一般方法
(1)原理方程式:MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do15( ))MnCl2+Cl2↑+2H2O。
(2)实验装置
2.实验室制Cl2的其他方法
完成下列有关反应的离子方程式:
(1)Ca(ClO)2与浓盐酸:___________________________________________。
(2)KClO3与浓盐酸:_____________________________________________。
(3)KMnO4与浓盐酸:_____________________________________________。
ClO eq \o\al(-,3)+5Cl-+6H+===3Cl2↑+3H2O
2MnO eq \o\al(-,4)+10Cl-+16H+===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)利用MnO2与浓盐酸制取Cl2的发生装置和MnO2与H2O2溶液制取O2的发生装置相同。( )
(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量,加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。( )
(3)常用饱和石灰水吸收尾气中的Cl2。( )
(4)用干燥的淀粉碘化钾试纸检验Cl2是否收集满。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
1.(2024·广东卷)1810年,化学家戴维首次确认“氯气”是一种由新元素组成的单质。兴趣小组利用以下装置进行实验。其中,难以达到预期目的的是( )
A.制备Cl2
B.净化、干燥Cl2
C.收集Cl2
D.验证Cl2的氧化性
解析 利用浓盐酸和二氧化锰反应制氯气需要加热,图中缺少加热装置,且分液漏斗内应盛装浓盐酸,不能达到预期目的,A符合题意;实验室制得的氯气中有HCl杂质,可以通过饱和食盐水洗气除杂,再通过无水氯化钙干燥,可以达到净化、干燥Cl2的目的,B不符合题意;氯气密度大于空气,可以用向上排空气法收集,可以达到预期目的,C不符合题意;H2可以在氯气中安静地燃烧,产生苍白色火焰,氯气将氢气氧化,验证了氯气的氧化性,D不符合题意。
答案 A
2.四氯化锡(SnCl4)可用作媒染剂,熔点为-33 ℃,沸点为114 ℃,遇潮湿空气能剧烈反应,释放氯化氢。利用如图装置可以制备四氯化锡(部分夹持装置省略)。已知金属Sn常见化合价为+2和+4,化学活泼性与铁相似。(SnCl4:摩尔质量261 g·mol-1)
下列说法正确的是( )
A.甲中发生反应的离子方程式为MnO2+4HCl(浓) eq \o(=====,\s\up17(△))Mn2++2Cl-+Cl2↑+2H2O
B.仪器B的名称为恒压滴液漏斗,装置丙中盛放的是浓硫酸
C.丁戊之间的导管过细,会被SnCl4凝结的固体堵塞
D.戊中b口进水,a口出水
解析 浓盐酸应拆为H+和Cl-,A错误;仪器B有支管平衡气压,为恒压滴液漏斗;SnCl4遇潮湿空气能剧烈反应,因此,氯气需干燥后与Sn反应,丙为干燥装置,盛放浓硫酸,B正确;SnCl4熔点-33 ℃,冰水浴(0 ℃)中仅液化,不会凝固为固体,导管堵塞原因不可能是固体凝结,C错误;冷凝管应下进上出,戊中a口(下方)进水,b口(上方)出水,D错误。
答案 B
考点三 氯及其重要化合物的转化关系
一、氯及其化合物的“价—类”二维图
1.(2025·山西朔州段考)“价—类”二维图是学习元素及其化合物知识的重要模型。氯元素的“价—类”二维图如图所示。下列说法错误的是( )
A.a是HCl,从元素价态看,HCl既具有氧化性又具有还原性
B.b与水反应可以得到d
C.0.1 mol·L-1c对应的水化物的水溶液的pH小于1
D.可溶性e溶液中的阴离子可用稀硝酸和AgNO3溶液检验
解析 由图可知a是HCl,H元素显+1价,HCl具有氧化性,Cl元素显-1价,HCl具有还原性,A正确;由图可知b是Cl2,d是HClO,Cl2与水反应可得到HClO,B正确;由图可知c是Cl2O7,对应的含氧酸为HClO4,HClO4是一元强酸,0.1 mol·L-1 HClO4溶液的pH为1,C错误;由图可知e是-1价氯对应的盐,该盐溶液中的Cl-可用稀硝酸和AgNO3溶液检验,D正确。
答案 C
2.(2025·陕西西安开学考试)含氯元素物质的“价—类”二维图如图所示。
下列说法错误的是( )
A.可实现甲→戊→己→甲的循环转化关系
B.相同质量的乙消毒效率比甲低(用单位质量的氧化剂所得到的电子数来表示消毒效率)
C.1 mol MnO2与足量的浓盐酸加热制备甲转移电子数目一定为2NA
D.等浓度溶液的酸性比较:丁>丙
解析 由氯元素物质的“价—类”二维图可以得出,甲、乙、丙、丁、戊、己分别为Cl2、ClO2、HClO、HClO4、KClO3、KCl。Cl2与热的KOH溶液反应可生成KClO3,KClO3受热分解可生成KCl,KCl与KMnO4酸性溶液反应可生成Cl2,所以可实现甲→戊→己→甲的循环转化关系,A正确;相同质量的Cl2(甲)、ClO2(乙)的得电子数之比为 eq \f(1,71)×2∶ eq \f(1,67.5)×5≈0.38,所以相同质量的乙消毒效率比甲高,B错误;1 mol MnO2与足量的浓盐酸加热制备Cl2,发生下列转化:MnO2~Mn2-~2e-,所以转移电子数目一定为2NA,C正确;丙、丁分别为HClO、HClO4,HClO为弱酸,HClO4为强酸,所以等浓度溶液的酸性比较:HClO4>HClO,D正确。
答案 B
二、氯及其化合物的框图推断
3.(2025·北京开学考试)中学化学中常见的几种物质存在如图所示的转化关系。其中,A的水溶液呈紫色,C是一种黄绿色气体,实验室中常用E溶液吸收多余的C。(图中部分产物和反应条件已略去)
回答下列问题:
(1)写出A与B的浓溶液反应的化学方程式:___________________________
___________________________________________________________________。
(2)C与E反应的离子方程式为______________________________________
___________________________________________________________________。
(3)将B的浓溶液与H的浓溶液混合,立即产生大量气体C,该反应的离子方程式为___________________________________________________________。
(4)某课外小组的同学用E溶液吸收C,利用下图所示装置向吸收液中持续通入SO2气体。
实验过程中观察到如下现象:
①开始时,溶液上方出现白雾,试纸a变红。甲同学认为是HCl使a变红,乙同学不同意甲的观点,乙同学认为使a变红的是__________(写出一种即可)。
②片刻后,溶液上方出现黄绿色气体,试纸b变蓝。用离子方程式解释b变蓝的原因是_________________________________________________________ ____________________________________________________________________。
③最终试纸b褪色。同学们认为可能的原因有两种:一是I2有还原性,黄绿色气体等物质将其氧化成IO eq \o\al(-,3),从而使蓝色消失;二是____________________
____________________________________________________________________。
解析 A的水溶液呈紫色,A为KMnO4,C是一种黄绿色气体,C为Cl2,高锰酸钾与浓盐酸反应得到Cl2、MnCl2、KCl、H2O;实验室中常用E溶液吸收多余的C,E为NaOH,反应得到NaClO和NaCl,H与B反应得到氯气,即NaClO与浓盐酸反应得到氯气,故H为NaClO,F为NaCl,电解熔融氯化钠得到氯气和金属钠。
答案 (1)2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
(2)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
(3)ClO-+Cl-+2H+===Cl2↑+H2O
(4)①SO2(或H2SO3) ②Cl2+2I-===2Cl-+I2
③I2有氧化性,SO2能将I2还原成I-,从而使蓝色消失
1.下列说法或离子方程式正确的是( )
A.(2025·黑吉辽内蒙古卷)除去Cl2中的HCl:
B.用稀盐酸浸泡氧化银:Ag2O+2H+===2Ag++H2O
C.(2025·陕晋宁青卷)氯气通入冷的石灰乳中制漂白粉:Cl2+2OH-===ClO-+Cl-+H2O
D.(2025·浙江1月卷)ClO2具有强氧化性,可用于杀菌消毒
解析 碱石灰为NaOH和CaO的混合物,既能吸收HCl又能吸收Cl2,不能用碱石灰除去Cl2中的HCl,A错误;用稀盐酸浸泡氧化银生成AgCl沉淀,离子方程式为Ag2O+2H++2Cl-===2AgCl+H2O,B错误;石灰乳(Ca(OH)2悬浊液)不能拆为OH-,C错误;ClO2具有强氧化性,能使蛋白质变性,可用于杀菌消毒,D正确。
答案 D
2.(2024·浙江1月卷)工业上将Cl2通入冷的NaOH溶液中制得漂白液,下列说法错误的是( )
A.漂白液的有效成分是NaClO
B.ClO-水解生成HClO使漂白液呈酸性
C.通入CO2后的漂白液消毒能力增强
D.NaClO溶液比HClO溶液稳定
解析 NaClO水解生成的HClO具有漂白性,是漂白液的有效成分,A项正确;ClO-水解的方程式为ClO-+H2OHClO+OH-,漂白液呈碱性,B项错误;通入CO2后发生反应:NaClO+CO2+H2O===NaHCO3+HClO,HClO浓度增大,且HClO的氧化性更强,故漂白液的消毒能力增强,C项正确;次氯酸不稳定,在光照条件下易分解,所以热稳定性:NaClO>HClO,D项正确。
答案 B
3.(2024·贵州卷)二氧化氯(ClO2)可用于自来水消毒。实验室用草酸(H2C2O4)和KClO3制取ClO2的反应为H2C2O4+2KClO3+H2SO4===2ClO2↑+2CO2↑+K2SO4+2H2O。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.0.1 mol H eq \o\al(18,2)O中含有的中子数为1.2NA
B.每生成67.5 g ClO2,转移电子数为2.0NA
C.0.1 mol·L-1H2C2O4溶液中含有的H+数目为0.2NA
D.标准状况下,22.4 L CO2中含σ键数目为2.0NA
解析 H eq \o\al(18,2)O分子中H原子无中子,18O原子的中子数为10,则0.1 mol H eq \o\al(18,2)O中含有的中子数为NA,故A错误;由反应方程式H2C2O4+2KClO3+H2SO4===2ClO2↑+2CO2↑+K2SO4+2H2O可知,每生成2 mol ClO2转移电子数为2 mol,则每生成67.5 g ClO2,即1 mol ClO2转移电子数为NA,故B错误;H2C2O4是弱酸,不能完全电离,则0.1 mol·L-1H2C2O4溶液中含有的H+数目小于0.2NA,故C错误;1个二氧化碳分子中含有2个σ键和2个π键,则标准状况下22.4 L CO2,即1 mol CO2中含σ键数目为2.0NA,故D正确。
答案 D
4.(2025·浙江6月卷)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。请回答:
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是________(填字母)。
A.加NaCl固体
B.加水
C.加CaCO3粉末
D.加足量Ca(OH)2溶液
(2)氯气常用于自来水消毒。稀氯水中存在如下反应(不考虑其他反应):
Ⅰ.Cl2(aq)+H2O(l)H+(aq)+Cl-(aq)+HClO(aq)
Ⅱ.2HClO(aq)Cl2O(aq)+H2O(l) K=10-2.0
Ⅲ.HClO(aq)H+(aq)+ClO-(aq)
T1 ℃时,在不同pH下,约2 mg/L氯水中部分含氯微粒的平衡浓度对数值(lg c)如图所示(溶液体积保持不变)。
①Cl2O分子的空间构型是________。
②在pH=4~9之间,ClO-浓度增加,其最大来源是________(填含氯微粒符号)。
③该氯水中氯元素质量守恒表达式:c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl-))=c(HClO)+________。
④在图中画出pH=4~9之间,lg c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl2O))随pH的变化曲线。
(3)某研究小组提出,商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应,影响自来水消毒效果。
Ⅳ.2ClO2(aq)+H2O(l)===ClO eq \o\al(-,3)(aq)+ClO eq \o\al(-,2)(aq)+2H+(aq)
Ⅴ.2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l)===2ClO eq \o\al(-,3)(aq)+2H+(aq)+Cl-(aq)
ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率[v初始(ClO2)]的影响如图所示。实验条件:T2 ℃,ClO2初始浓度相同。
①Cl2的存在主要加快了反应________(填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。
②指出改变v初始 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ClO2))的影响因素,并解释原因
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解析 (1)饱和氯水中存在平衡:Cl2+H2OH++Cl-+HClO,平衡正向移动,增加HClO浓度:A.加NaCl固体,Cl-浓度增加,平衡逆向移动,HClO降低,错误;B.加水,平衡正向移动,HClO物质的量增加,但浓度降低,错误;C.加CaCO3粉末,消耗H+,平衡正向移动,HClO浓度增加,正确;D.加足量Ca(OH)2溶液,消耗H+,平衡正向移动,但溶液体积会变大,HClO浓度下降,且足量的Ca(OH)2也会和HClO反应,进一步导致HClO浓度下降,错误;故选C。
(2)①Cl2O分子的中心原子O的价层电子数为2+ eq \f(6-2×1,2)=4,O有2对孤电子对,空间构型是V形(或角形);②在pH=4~9之间,ClO-浓度增加,ClO-主要来自HClO的电离:HClO(aq)H+(aq)+ClO-(aq);③Cl2溶于水生成等量的Cl-和HClO,HClO进一步转化为Cl2O和ClO-,则该氯水中氯元素质量守恒表达式:c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl-))=c(HClO)+2c(Cl2O)+c(ClO-);④由2HClO(aq)Cl2O(aq)+H2O(l) K=10-2.0可知,随着pH升高,c(HClO)减小,c(Cl2O)亦随之减小,且K= eq \f(c(Cl2O),c2(HClO))=10-2.0,代入pH=4时,c(HClO)=10-4.5,得到lg c(Cl2O)=-11,同理,pH=9时,c(HClO)=10-6.0,lg c(Cl2O)=-14,故lg c(Cl2O)从pH=4到9时,从-11点位大致呈单调下降曲线递减到-14点位,如图所示:
(3)①反应Ⅳ是ClO2自身的氧化还原反应,而反应Ⅴ是ClO-做氧化剂,将ClO2氧化为ClO eq \o\al(-,3)(氯的含氧酸中并不是化合价越高,氧化性越强),故当Cl2存在时,存在题(2)中Ⅰ和Ⅲ的电离平衡,主要影响的是反应Ⅴ,即加快了反应Ⅴ的反应速率;②读图可知,影响v初始 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ClO2))的主要因素有溶液pH以及Cl2含量等,原因是Cl2浓度增大、pH增大,均使溶液中ClO-浓度增大,反应Ⅴ的反应物浓度增大,反应速率增大。
答案 (1)C (2)①V形(或角形) ②HClO ③2c(Cl2O)+c(ClO-)
④
(3)①V ②影响因素是溶液pH以及Cl2含量等,原因是Cl2浓度增大、pH增大,均使溶液中ClO-浓度增大,反应Ⅴ的反应物浓度增大,反应速率增大
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