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圖中用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂。則陽極產(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。通過陽離子交換膜的陽離子的物質(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)O^2－。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含有如下離子的溶液。

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)，陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量為________ mol。

(3)甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是通電后將      Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋作氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化。實(shí)驗(yàn)室用右       圖裝置模擬上述過程：

①寫出陽極電極反應(yīng)式：_________________________________________________。

②除去甲醇的離子反應(yīng)為6Co^3＋＋CH₃OH＋H₂O===CO₂↑＋6Co^2＋＋6H^＋，該過程中被氧化的元素是__________，當(dāng)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L CO₂時(shí)，共轉(zhuǎn)移電子________ 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H₂OH^＋＋OH^－的平衡向右移動(dòng)，OH^－濃度增大，pH增大

(2)O₂＋4e^－===2O^2－　0.1

(3)①Co^2＋－e^－===Co^3＋　②C(或碳)　0.6

解析　(1)①陽極失去電子發(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＝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O^2－。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)陽極析出0.1 mol Cl₂)，然后析出氫氣；陽極上先是析出 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Co^3＋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 Co^3＋還原為Co^2＋，可知轉(zhuǎn)移電子6 mol，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。