用间接电化学法除去 NO 的过程,如图所示:
(1) 已知电解池的阴极室中溶液的 pH 在 4 ~ 7 之间,写出阴极的电极反应式: _______ 。用离子方程式表示吸收池中除去 NO 的原理: _______ 。
(2) 目前已开发出电解法制取 ClO 2 的新工艺。
① 用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO 2 ( 如图所示 ) ,写出阳极产生 ClO 2 的电极反应式: _______ 。
② 电解一段时间,当阴极产生的气体体积为 112 mL( 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: _______ 。
(1) 2HSO + 2e - + 2H + =S 2 O + 2H 2 O 2NO + 2S 2 O + 2H 2 O=N 2 + 4HSO
(2) Cl - - 5e - + 2H 2 O=ClO 2 ↑ + 4H + 0.01 在阴极发生反应: 2H 2 O+2e - = H 2 ↑+2OH - , H + 浓度减小,使得 H 2 O OH - + H + 的平衡向右移动, OH - 浓度增大,阴极区溶液 pH 增大
【解析】( 1 )
阴极得电子发生还原反应,即亚硫酸氢根离子得电子生成 S 2 O ,电解池的阴极室中溶液的 pH 在 4 ~ 7 之间,阴极的电极反应式为 2HSO + 2e - + 2H + =S 2 O + 2H 2 O , S 2 O 与一氧化氮发生氧化还原反应生成氮气和亚硫酸氢根离子,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可知,反应的离子反应方程式为: 2NO + 2S 2 O + 2H 2 O=N 2 + 4HSO 。
( 2 )
① 由题意可知,氯离子放电生成 ClO 2 ,由元素守恒和电荷守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,阳极电极反应式为: Cl - -5e - + 2H 2 O=ClO 2 ↑ + 4H + 。
② 阴极电极反应式为: 2H 2 O+2e - = H 2 ↑+2OH - ,当阴极产生的气体体积为 112 mL( 标准状况 ) 时,即产生氢气的物质的量为 0.005mol ,外电路中转移的电子数为 0.01mol ,因通过阳离子交换膜的阳离子为 +1 价离子,则通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 0.005mol×2 = 0.01 mol ,电解时阴极 H + 浓度减小,使得 H 2 O OH - + H + 的平衡向右移动, OH - 浓度增大,阴极区溶液 pH 增大。
原电池中的电荷流动:
在外电路(电解质溶液以外),电子(负电荷)由负极经导线(包括电流表和其他用电器)流向正极,使负极呈正电性趋势、正极呈负电性趋势。在内电路(电解质溶液中),阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子 (带负电荷)向负极移动。这样形成了电荷持续定向流动,电性趋向平衡的闭合电路。
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