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，目前已開發出用電解法制取ClO2的新工藝．

（1）①如圖示意用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。寫出陽極產生ClO2的電極反應式： ．
②電解一段時間，當陰極產生的氣體體積為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的量為mol；用平衡移動原理解釋陰極區pH增大的原因。
（2）ClO2對污水中Fe2+、Mn2+、S2-和CN-等有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN-amg/L，現用ClO2將CN-氧化，只生成兩種氣體，其離子反應方程式為；處理100m3這種污水，至少需要ClO2mol．
（3）為提高甲醇燃料的利用率，科學家發明了一種燃料電池，電池的一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是摻入了Y2O3的ZrO2晶體，在高溫下它能傳導O2－。電池工作時正極反應式為。

Answer 1

【答案】
（1）Cl- - 5e- + 2H2O = ClO2↑+ 4H+；0.01；在陰極發生2H+ + 2e- =H2↑，H+濃度減小，使得H2O OH-+H+的平衡向右移動，OH-濃度增大，pH增大
（2）2ClO2+2CN- = N2↑+ 2CO2↑+2Cl；- （或3.85a）
（3）O2+4e-=2O2-
【解析】(1)①陽極發生氧化反應，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，結合電荷守恒可知，同時生成氫離子，陽極電極反應式為：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；
②在陰極發生2H++2e-=H2↑，氫氣的物質的量為 =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的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H+濃度減小，使得H2O OH-+H+的平衡向右移動，溶液的pH增大；
(2)ClO2將CN-氧化，只生成兩種氣體，應生成氮氣與二氧化碳，同時生成氯離子，反應離子方程式為：2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl- ， 100m3廢水中CN-質量=100m3×ag/m3=100ag，CN-的物質的量為 = mol，由方程式可知，至少需要ClO2的物質的量= mol；
(3)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，電解質是摻入了 Y2O3的ZrO2晶體，在高溫下它能傳導O2-離子，根據原電池原理，正極O2得到電子生成負極O2-：O2+4e-=2O2-；
故答案為：（1）①Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；②0.01；在陰極發生2H++2e-=H2↑，H+濃度減小，使得H2O OH-+H+的平衡向右移動，OH-濃度增大，pH增大；（2）2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl-；；（3）O2+4e-=2O2-
（1）①陽極產生的ClO2主要由溶液中的Cl-失去電子后產生的，結合電荷守恒、原子守恒書寫電極反應式；
②陰極發生反應生2H++2e-=H2↑，產生氫氣，根據氫氣的量計算轉移的陽離子；結合化合平衡移動分析；
（2）用ClO2將CN-氧化，只生成兩種氣體，說明產生的氣體為CO2、N2 ， 據此寫出反應的離子方程式；根據方程式計算需要ClO2的物質的量；
（3）固體氧化物電解質，用于傳導氧離子，則正極應由氧氣得電子變成氧離子；