Question

(1)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的电极反应式为_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(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________ mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：_____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2－。电池工作时正极反应式为_________________________________________________

________________________________________________________________________。

若以该电池为电源，用石墨作电极电解100 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu2＋	H＋	Cl－	SO
c/mol·L－1	1	4	4	1

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为________ mol。

(3)甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是通电后将      Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用右       图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式：_________________________________________________。

②除去甲醇的离子反应为6Co^3＋＋CH₃OH＋H₂O===CO₂↑＋6Co^2＋＋6H^＋，该过程中被氧化的元素是__________，当产生标准状况下2.24 L CO₂时，共转移电子________ mol。

Answer 1

答案　(1)①Cl^－－5e^－＋2H₂O===ClO₂↑＋4H^＋

②0.01　在阴极发生2H^＋＋2e^－===H₂↑，H^＋浓度减小，使H₂OH^＋＋OH^－的平衡向右移动，OH^－浓度增大，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阳极失去电子发生氧化反应。②水电离产生的H^＋在阴极上放电产生氢气，转移电子的物质的量n＝2n(H₂)＝2×(0.112 L÷22.4 L·mol^－1)＝0.01 mol，则在内电路中移动的电荷为0.01 mol，每个Na^＋带一个单位的正电荷，则通过的Na^＋为0.01 mol。(2)电池工作时，正极上O₂得电子发生还原反应生成O^2－。结合离子浓度可知电解过程可分为三个阶段：先是电解CuCl₂、然后电解HCl、最后电解水，由此可见阴极首先析出0.1 mol Cu(同时阳极析出0.1 mol Cl₂)，然后析出氢气；阳极上先是析出 0.2 mol Cl₂(此时阴极已析出0.1 mol H₂)，再析出氧气，设阳极析出 x mol O₂时两极析出气体体积相等，由题意可得：0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1。(3)②利用方程式可知Co^3＋被还原，甲醇中碳元素被氧化，依据方程式可知生成1 mol CO₂时，有6 mol Co^3＋还原为Co^2＋，可知转移电子6 mol，由此可推知当产生标况下2.24 L CO₂(0.1 mol)时，转移电子0.6 mol。