(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

Question

(1) 二氧化氯 (ClO ₂ ) 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 ClO ₂ 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 ClO ₂ 。则阳极产生 ClO ₂ 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 Y ₂ O ₃ 的 ZrO ₂ 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	Cu 2 ＋	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 CO ₂ 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 ＋} ＋ CH ₃ OH ＋ H ₂ O == =CO ₂ ↑ ＋ 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 CO ₂ 时，共转移电子 ________ mol 。

Answer 1

答案　 (1) ① Cl ^－ － 5e ^－ ＋ 2H ₂ O == =ClO ₂ ↑ ＋ 4H ^＋

② 0.01 　在阴极发生 2H ^＋ ＋ 2e ^－ == =H ₂ ↑ ， H ^＋ 浓度减小，使 H ₂ O H ^＋ ＋ OH ^－ 的平衡向右移动， OH ^－ 浓度增大， pH 增大

(2)O ₂ ＋ 4e ^－ == =2O ^{2 －} 　 0.1

(3) ① Co ^{2 ＋} － e ^－ == =Co ^{3 ＋} 　 ② C( 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 ＝ 2 n (H ₂ ) ＝ 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 O ₂ 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 CuCl ₂ 、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 Cl ₂ ) ，然后析出氢气；阳极上先是析出 0.2 mol Cl ₂ ( 此时阴极已析出 0.1 mol H ₂ ) ，再析出氧气，设阳极析出 x mol O ₂ 时两极析出气体体积相等，由题意可得： 0.2 ＋ x ＝ 0.1 ＋ 2 x ，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 CO ₂ 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 CO ₂ (0.1 mol) 时，转移电子 0.6 mol 。