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二氧化氯(ClO₂)在常温下是黄绿色气体，其分子(气体)具有很高的化学活性，是一种强氧化剂。用氯气处理自来水会产生三氯甲烷、氯酸等致癌和致畸物质，对水中残存有机物的氧化ClO₂比Cl₂要优越，因此用ClO₂消毒自来水是控制自来水中三氯甲烷含量的有效方法之一。ClO₂所氧化的产物中无氯化有机副产物。ClO₂具有广谱性的消毒效果， 无副作用，被称为“第四代消毒剂”，世界卫生组织已将其列为AI级安全灭菌剂。在ClO₂、Cl₂、O₃和氯胺四种消毒剂中，ClO₂的消毒效果最好，是名副其实的“杀菌新贵”，可广泛用来处理自来水和食品厂、饮料厂、会议室、影剧院、候车室等场所的消毒。

例1 因用氯气消毒自来水会产生某些污染，故现在正研究用ClO₂消毒自来水。用ClO₂消毒自来水的还原产物仍是Cl^－。用ClO₂消毒自来水时的效果是同质量氯气的 ( )

A.1倍     B.2倍     C.2.63倍      D.3.36倍

解析 可认为当ClO₂和Cl₂得到的电子数相同时，它们的杀菌消毒能力相同。

用ClO₂代替Cl₂作自来水的消毒剂时有如下关系式：

ClO₂ ＋ 5e-→Cl^－

67.5g   5mol

mg      5m/67.5mol

Cl₂作氧化剂时有：

Cl₂ － 2e-→2Cl^－

71g     2mol

m g    2m/71mol

所以ClO₂的消毒效果大约是等质量Cl₂的(2.63)倍。答案为C。

例2 由于用氯气对饮用水消毒，会使水中的有机物发生氯化反应，生成有机含氯化合物，这对人体有害。世界环保联盟将全面禁止采用这种消毒方法，建议采用具有广谱性和强氧化性的高效消毒剂ClO₂。ClO₂极易爆炸，生产和使用时要尽量用“惰性气体”稀释，且避免光照、震动和加热。

(1)在ClO₂分子中，氯的化合价是            。

(2)欧洲一些国家采用NaClO₃氧化浓HCl的方法制取ClO₂。在制取ClO₂的同时有Cl₂生成，且Cl₂的体积为ClO₂的一半。此反应的化学方程式为___________。

(3)我国广泛使用经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠(NaClO₂)的“柱”内制取ClO₂，这一反应的化学方程式是 。与欧洲一些国家采用的方法相比，我国这一方法的主要优点是               。

(4)在酸性溶液中，用草酸钠(Na₂C₂O₄)还原NaClO₃也可得到ClO₂，此反应的离子方程式是 ，此方法的优点是             。

解析 (1)根据化合价代数和为零的原则，很容易推出氯元素的化合价为＋4。

(2)由题给信息“采用NaClO₃氧化浓HCl的方法制取ClO₂，在制取C₁O₂的同时有Cl₂生成，且Cl₂的体积为C₁O₂的一半”可知，该反应是化合价变化发生在同种元素高、低价态之间的归中反应。设产物中Cl₂的化学计量数为1，则ClO₂的化学计量数为2。根据“归中规律”可知，反应中元素化合价的变化关系为：

2NaCl(＋5)O₃→2Cl(＋4)O₂，2HCl(－1→)Cl₍₀₎₂。

根据元素守恒关系便可写出反应的化学方程式： 2NaClO₃＋4HCl===2ClO₂＋Cl₂＋2NaCl＋2H₂O。

(3) 氯气通入填有NaClO₂的“柱”内制得ClO₂(是N_AClO₂的氧化产物)时，另一种产物(即Cl₂的还原产物)必为N_ACl。此时，根据元素守恒可写出反应的化学方程式：2NaClO₂＋Cl₂===2C₁O₂＋2NaCl。

(4)用Na₂C₂O₄还原NaClO₃得到ClO₂时，Na₂C₂O₄的氧化产物必为CO₂，同时注意到“酸性溶液”(一般是用稀硫酸酸化)，可写出化学方程式：2NaClO₃＋Na₂C₂O₄＋2H₂SO₄===2ClO₂＋2Na₂SO₄＋2CO₂＋2H₂O，其离子方程式为：2ClO₃^－＋C₂O₄^2－＋4H^＋===2ClO₂＋2CO₂＋2H₂O。联想到第(2)、(3)题的化学方程式及题中信息“尽量用‘惰性气体’稀释”可知，该反应的明显优点是：制得的ClO₂可用CO₂稀释。

用ClO₂消毒自来水的优点如下。

①不会生成有害物质，尤其对有机污染严重的水消毒时，杀菌效果更为突出，其氧化降解产物无副作用。

②比自由氯杀菌能力强，对大肠杆菌、结核杆菌、甲肝乙肝病毒等有很好的杀灭作用，一般为氯气消毒效果的2.5倍左右，在同等条件下的用量比氯气用量小。

③ClO₂具有强氧化作用，可用于除臭、去色且效果稳定。

④ClO₂制备工艺简单，向水中通入ClO₂方便，且成本较臭氧低。ClO₂可作为沉淀水、澄清水或过滤水的氧化消毒剂。

以下是几道与ClO₂相关的信息迁移题。

[例1](2003上海高考题)ClO₂是一种广谱型的消毒剂，根据世界环保联盟的要求，ClO₂将逐渐取代Cl₂成为生产自来水的消毒剂。工业上ClO₂常用NaClO₃和Na₂SO₃溶液混合并加H₂SO₄酸化后反应制得，在以上反应中NaClO₃和Na₂SO₃的物质的量之比为( )

A1︰1       B 2︰1       C 1︰2      D 2︰3

解析：从题供信息可知：NaClO₃被还原成ClO₂，则Na₂SO₃应该被氧化成Na₂SO₄。且有：NaClO₃＋e-→ClO₂ 、Na₂SO₃－2e-→Na₂SO₄。根据电子得失守恒原理很容易看出，反应中NaClO₃和Na₂SO₃的物质的量之比应该为2︰1。选B。