Question

【題目】二氧化氯（ClO2）為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、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）①如圖裝置用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2 ． 寫出陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式： ． ②電解一段時間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標準狀況）時，停止電解．通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為mol．
（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，電池的一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，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．電池工作時正極反應(yīng)為 ．
（3）若以該電池為電源，用石墨做電極電解100mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl﹣	SO42﹣
c/molL﹣1	1	4	4	1

電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（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．

Answer 1

【答案】
（1）Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+；0.01
（2）O2+4e﹣=2O2﹣
（3）0.1
【解析】解：（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，同時生成氫離子，陽極電極反應(yīng)式為：Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+，

所以答案是：Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+；

②在陰極發(fā)生2H++2e﹣=H2↑，氫氣的物質(zhì)的量為 =0.005mol，通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子，故交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，所以答案是：0.01；（2）燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，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，根據(jù)原電池原理，正極O2得到電子生成負極O2﹣：O2+4e﹣=2O2﹣，所以答案是：O2+4e﹣=2O2﹣；（3）電解一段時間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相詞條件）的氣體時（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），100ml溶液中含有c（Cu2+）=1mol/L，c（H+）=4mol/L，c（Cl﹣）=4mol/L，c（SO42﹣）=1mol/L；

陽極氯氣和陰極氫氣相同，設(shè)陽極生成的氧氣物質(zhì)的量為x，陰極上也應(yīng)生成氫氣物質(zhì)的量x

陽極電極反應(yīng)為：

2Cl﹣﹣	2e﹣=	Cl2↑，4OH﹣﹣	4e﹣=2H2O+	O2↑
0.4mol	0.4mol	0.2mol	4x	x

陰極電極反應(yīng)為：

Cu2++	2e﹣=	Cu，
0.1mol	0.2mol	0.1mol

2H++	2e﹣=	H2↑；	2H++	2e﹣=	H2↑
0.4mol	0.4mol	0.2mol		2x	x

依據(jù)電子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x

x=0.1mol

陽極上收集到氧氣的物質(zhì)的量0.1mol；

所以答案是：0.1．