Question

ClO2是一种黄绿色气体，易溶于水．实验室以NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）、为原料制备ClO2的流程如图

ClO2是一种黄绿色气体，易溶于水．实验室以NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）、为原料制备ClO2的流程如图：（1）写出电解时发生反应的化学方程式：______．（2）除去ClO2中的NH3可选用的试剂是______（填写字母）．A．碳酸钠溶液 B．碱石灰 C．浓硫酸 D．水（3）测定ClO2的过程如下：在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50mL水溶解，再加3mL硫酸溶液，将生成的ClO2气体通入锥形瓶中完全吸收，在锥形瓶中加入几滴淀粉溶液，用0.10mol/L的硫代硫酸钠标准液滴定（I2+2S2O32-=2I-+S4O62-），共用去50.00mL标准液．①ClO2通入锥形瓶中与酸性碘化钾溶液反应（还原产物为Cl-），反应的离子方程式______；②滴定终点现象是______；③测得ClO2的质量m（ClO2）=______；（4）以N2、H2为电极反应物，以1L浓度均为0.05mol?L-1的HCl-NH4Cl混合液为电解质溶液的燃料电池，请写出电池工作时的正极反应式：______．已知NH3?H2O在常温下的电离平衡常数为K，N2-H2燃料电池工作一段时间后溶液的pH=7，求电路中通过的电子的物质的量为______（用含K的代数式表示，假设NH3与H2O完全转化为NH3?H2O且忽略溶液体积的变化）． 若有3克H2被完全氧化产生电能，并利用该过程中释放的电能电解足量的CuSO4溶液，（假设以石墨为电极，整个过程中能量总利用率为80%），若要将CuSO4溶液恢复到原来的浓度，需加入______（填化学式），质量为：______．

Answer 1

（1）由工艺流程转化关系可知，电解氯化铵与盐酸混合溶液，生成NCl₃与H₂，
反应方程式为NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．
故答案为：NH₄Cl+2HCl═3H₂↑+NCl₃．
（2）A、ClO₂易溶于水，不能利用碳酸钠溶液吸收氨气，故A错误；
B、碱石灰不能吸收氨气，故B错误；
C、浓硫酸可以吸收氨气，且不影响ClO₂，故C正确；
D、ClO₂易溶于水，不能利用水吸收氨气，故D错误．
故选：C．
（3）①由题目信息可知，ClO₂通入锥形瓶与酸性碘化钾溶液反应，氧化I^-为I₂，自身被还原为Cl^-，同时生成水，反应离子方程式为2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
故答案为：2ClO₂+10I^-+8H⁺=2Cl^-+5I₂+4H₂O．
②溶液由蓝色恰好变为无色，且半分钟内不褪色，说明滴定至终点．
故答案为：溶液由蓝色恰好变为无色，且半分钟内不褪色；
③VmLNa₂S₂O₃溶液含有Na₂S₂O₃物质的量为V?10^-3 L×cmol/L=0.1×50×10^-3 mol．则：
根据关系式：2ClO₂～5I₂～10Na₂S₂O₃，
            2          10
          n（ClO₂）    0.1×50×10^-3 mol
所以n（ClO₂）=

1

5

×0.1×50×10^-3 mol．
所以m（ClO₂）=

1

5

×0.1×50×10^-3 mol×67.5g/mol=0.0675g．
故答案为：0.0675g．
（4）以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄Cl为电解质溶液制取新型燃料电池，N₂在正极发生还原反应生成NH₄⁺，电极反应式为：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
已知NH₃?H₂O在常温下的电离平衡常数为K，N₂-H₂燃料电池工作一段时间后溶液的pH=7，则溶液中c（OH^-）=c（H⁺）=10^-7mol/L，根据电荷守恒可得：c（Cl^-）=c（NH₄⁺）=0.1mol/L，氨水的电离平衡常数为：K=

c(NH +4)?c(OH ?)

c(NH3?H2O)

=

0.1×1×10 ?7

c(NH3?H2O)

，则溶液中氨水浓度为：c（NH₃?H₂O）=

1×10 ?8

K

mol/L，原电池工作中生成铵根离子和氨水总的物质的量为：（0.05mol/L+

1×10 ?8

K

mol/L）×1L=（0.05+

1×10 ?8

K

）mol，氮气的化合价为0，氨水和铵根离子中氮元素的化合价为-3价，化合价降低了3价，则转移电子的物质的量为：（0.05+

1×10 ?8

K

）mol×3=3×（0.05+

1×10 ?8

K

）mol；
CuSO₄溶液存在的阴离子为：SO₄^2-、OH^-，OH^-离子的放电能力大于SO₄^2- 离子的放电能力，所以OH^-离子放电生成氧气；
溶液中存在的阳离子是Cu²⁺、H⁺，Cu²⁺离子的放电能力大于H⁺离子的放电能力，所以Cu²⁺离子放电生成Cu，溶液变成硫酸溶液；
电解硫酸铜的方程式为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂ ↑+2H₂SO₄．所以从溶液中析出的物质是氧气和铜，由元素守恒可知，