Question

4．二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂．目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺
①图中用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂．则阳极产生ClO₂的电极反应式Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为224mL（标准状况）时，停止电解．通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.01mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，OH^-浓度增大，pH增大．

Answer 1

分析 ①阳极发生氧化反应，由题意可知，氯离子放电生成ClO₂，由元素守恒可知，有水参加反应，结合电荷守恒可知，同时生成氢离子；
②在阴极发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算氢气的物质的量，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，根据电子转移守恒计算阳离子的物质的量，电解中H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动．

解答 解：①阳极发生氧化反应，由题意可知，氯离子放电生成ClO₂，由元素守恒可知，有水参加反应，结合电荷守恒可知，同时生成氢离子，阳极电极反应式为：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案为：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，氢气的物质的量为$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，故交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2=0.01mol，电解中阴极H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，溶液的pH增大，
故答案为：0.01；在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，OH^-浓度增大，pH增大．

点评 本题考查电解原理应用及有关计算等，关键是明确电极发生反应，理解电解工作原理，注意电子转移守恒在电化学计算中应用．