Question

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如图示意用石墨做电极，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；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因___________。

（2）ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2-和CN^-等有明显的去除效果．某工厂污水中含CN^-amg/L，现用ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为______；处理100m³这种污水，至少需要ClO₂______mol．

（3）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O^2－。电池工作时正极反应式为_________________。

Answer

Cl- - 5e- + 2H2O = ClO2↑+ 4H+0.01在阴极发生2H+ + 2e- =H2↑，H+浓度减小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移动，OH-浓度增大，pH增大2ClO2+2CN- = N2↑+ 2CO2↑+2Cl-（或3.85a）O2+4e-=2O2-

【解析】(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+，故答案为：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，电解中阴极H+浓度减小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移动，溶液的pH增大，故答案为：0.01；在阴极发生2H++2e-=H2↑，H+浓度减小，使得H2OOH-+H+的平衡向右移动，OH-浓度增大，pH增大；

(2)ClO2将CN-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，反应离子方程式为：2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl-，100m3废水中CN-质量=100m3×ag/m3=100ag，CN-的物质的量为 = mol，由方程式可知，至少需要ClO2的物质的量=mol，故答案为：2ClO2+2CN-=N2↑+2CO2↑+2Cl-；；

(3)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-，故答案为：O2+4e-=2O2-。