Question

3．以CH₃OH燃料電池為電源電解法制取ClO₂．二氧化氯（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．

①CH₃OH燃料電池放電過程中，通入O₂的電極附近溶液的pH增大（填“增大”、“減小”或“不變”），負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②圖中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂．陽極產(chǎn)生ClO₂的反應(yīng)式為Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑．
③電解一段時間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多6.72L時（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過陽離子交換膜的陽離子為1mol．

Answer 1

分析 以CH₃OH燃料電池為電源電解法制取ClO₂，二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，通入O₂的電極是正極，負(fù)極甲醇失去電子在堿溶液中生成碳酸鹽，
①CH₃OH燃料電池放電過程中，通入O₂的電極是正極，氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為氫氧根，則附近溶液的pH增大，負(fù)極甲醇失去電子在堿溶液中生成碳酸鹽；
②電解池中陽極失去電子，則陽極氯離子放電，產(chǎn)生ClO₂，結(jié)合電子守恒和電荷守恒配平書寫；
③電解一段時間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L時（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），多出的氣體是氫氣，物質(zhì)的量是0.3mol．設(shè)陽極產(chǎn)生的氣體是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即轉(zhuǎn)移1mol電子，鈉離子通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的陽離子為1mol．

解答 解：①CH₃OH燃料電池放電過程中，通入O₂的電極是正極，氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為氫氧根，則附近溶液的pH增大，負(fù)極是甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：增大；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；  
②電解池中陽極失去電子，則陽極氯離子放電，產(chǎn)生ClO₂的反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=4H⁺+ClO₂↑；
③電解一段時間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L時（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），多出的氣體是氫氣，物質(zhì)的量=$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，設(shè)陽極產(chǎn)生的氣體是xmol，則根據(jù)電子得失守恒可知5x=（0.3+x）×2，解得x=0.2，即轉(zhuǎn)移1mol電子，鈉離子通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的陽離子為1mol，
故答案為：1．

點評 本題主要是考查電化學(xué)原理的應(yīng)用，注意原電池和電解池的原理分析和電極反應(yīng)書寫，題目難度中等．