Question

3．以CH₃OH燃料电池为电源电解法制取ClO₂．二氧化氯（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．

①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入O₂的电极附近溶液的pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”），负极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂．阳极产生ClO₂的反应式为Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑．
③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为1mol．

Answer 1

分析 以CH₃OH燃料电池为电源电解法制取ClO₂，二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，通入O₂的电极是正极，负极甲醇失去电子在碱溶液中生成碳酸盐，
①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入O₂的电极是正极，氧气得到电子转化为氢氧根，则附近溶液的pH增大，负极甲醇失去电子在碱溶液中生成碳酸盐；
②电解池中阳极失去电子，则阳极氯离子放电，产生ClO₂，结合电子守恒和电荷守恒配平书写；
③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），多出的气体是氢气，物质的量是0.3mol．设阳极产生的气体是xmol，则根据电子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即转移1mol电子，钠离子通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的阳离子为1mol．

解答 解：①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入O₂的电极是正极，氧气得到电子转化为氢氧根，则附近溶液的pH增大，负极是甲醇失电子发生氧化反应，反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：增大；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；  
②电解池中阳极失去电子，则阳极氯离子放电，产生ClO₂的反应式为：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑，
故答案为：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑；
③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），多出的气体是氢气，物质的量=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，设阳极产生的气体是xmol，则根据电子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即转移1mol电子，钠离子通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的阳离子为1mol，
故答案为：1．

点评 本题主要是考查电化学原理的应用，注意原电池和电解池的原理分析和电极反应书写，题目难度中等．