Question

【題目】（1）二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體，是國際上公認(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)O2－。電池工作時(shí)正極反應(yīng)式為___________________

Answer 1

【答案】Cl－- 5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋ 0.01 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 O2＋4e－=2O2－

【解析】

(1) ①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由題意可知，氯離子放電生成ClO2，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒可知，同時(shí)生成氫離子；

②在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H++2e-=H2↑，根據(jù)n=V/Vm計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽離子的物質(zhì)的量，電解中H+濃度減小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移動(dòng);

(2) 固體電解質(zhì)的燃料電池，通入空氣的電極為正極，甲醇?xì)怏w在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。

（1）①陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由題意可知，氯離子放電生成ClO2，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒可知，同時(shí)生成氫離子，陽極電極反應(yīng)式為：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+，故答案為：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；

②在陰極發(fā)生2H++2e-=H2↑，氫氣的物質(zhì)的量為0.112L÷22.4L/mol=0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H+濃度減小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H++2e-=H2↑，H+濃度減小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移動(dòng)，OH-濃度增大，pH增大；

（2）燃料電池中，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-離子，正極O2得到電子生成O2-：O2+4e-=2O2-，故答案為：O2+4e-=2O2-。