Question

(1)二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝。

①圖中用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。則陽(yáng)極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式為____________________。

②電解一段時(shí)間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，停止電解。通過陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為________ mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)為提高甲醇燃料的利用率，科學(xué)家發(fā)明了一種燃料電池，電池的一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是摻入了Y2O3的ZrO2晶體，在高溫下它能傳導(dǎo)O2－。電池工作時(shí)正極反應(yīng)式為______________________________________________

________________________________________________________________________。

若以該電池為電源，用石墨作電極電解100 mL含有以下離子的溶液。

離子	Cu2＋	H＋	Cl－	SO
c/mol·L－1	1	4	4	1

電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體時(shí)(忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象)，陽(yáng)極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為________ mol。

Answer 1

答案　(1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋

②0.01　在陰極發(fā)生2H＋＋2e－===H2↑，H＋濃度減小，使H2O??H＋＋OH－的平衡向右移動(dòng)，OH－濃度增大，pH增大

(2)O2＋4e－===2O2－　0.1

解析　(1)①陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。②水電離產(chǎn)生的H＋在陰極上放電產(chǎn)生氫氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e－)＝2n(H2)＝2×(0.112 L÷22.4 L·mol－1)＝0.01 mol，則在內(nèi)電路中移動(dòng)的電荷為0.01 mol，每個(gè)Na＋帶一個(gè)單位的正電荷，則通過的Na＋為0.01 mol。(2)電池工作時(shí)，正極上O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成O2－。結(jié)合離子濃度可知電解過程可分為三個(gè)階段：先是電解CuCl2、然后電解HCl、最后電解水，由此可見陰極首先析出0.1 mol Cu(同時(shí)陽(yáng)極析出0.1 mol Cl2)，然后析出氫氣；陽(yáng)極上先是析出 0.2 mol Cl2(此時(shí)陰極已析出0.1 mol H2)，再析出氧氣，設(shè)陽(yáng)極析出 x mol O2時(shí)兩極析出氣體體積相等，由題意可得：0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1。(3)②利用方程式可知Co3＋被還原，甲醇中碳元素被氧化，依據(jù)方程式可知生成1 mol CO2時(shí)，有6 mol Co3＋被還原為Co2＋，可知轉(zhuǎn)移6 mol電子，由此可推知當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)況下2.24 L CO2(0.1 mol)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子0.6 mol。