Question

【题目】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）①如图装置用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2 ． 写出阳极产生ClO2的电极反应式： ． ②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL（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．
（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O2﹣离子．电池工作时正极反应为 ．
（3）若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu2+	H+	Cl﹣	SO42﹣
c/molL﹣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．

Answer 1

【答案】
（1）Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+；0.01
（2）O2+4e﹣=2O2﹣
（3）0.1
【解析】解：（1）①阳极发生氧化反应，由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，结合电荷守恒可知，同时生成氢离子，阳极电极反应式为：Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+，

所以答案是：Cl﹣﹣5e﹣+2H2O=ClO2↑+4H+；

②在阴极发生2H++2e﹣=H2↑，氢气的物质的量为 =0.005mol，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，故交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2=0.01mol，所以答案是：0.01；（2）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O2﹣离子，根据原电池原理，正极O2得到电子生成负极O2﹣：O2+4e﹣=2O2﹣，所以答案是：O2+4e﹣=2O2﹣；（3）电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）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），100ml溶液中含有c（Cu2+）=1mol/L，c（H+）=4mol/L，c（Cl﹣）=4mol/L，c（SO42﹣）=1mol/L；

阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x

阳极电极反应为：

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

阴极电极反应为：

Cu2++	2e﹣=	Cu，
0.1mol	0.2mol	0.1mol

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

依据电子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x

x=0.1mol

阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol；

所以答案是：0.1．