Question

16．（1）海洋資源的開(kāi)發(fā)與利用具有廣闊的前景．海水的pH一般在7.5-8.6之間．某地海水中主要離子的含量如表：

成分	Na+	K+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO42-	HCO3-
含量/mg•L-1	9360	83	200	1100	16000	1200	118

電滲析法是近年發(fā)展起來(lái)的一種較好的海水淡化技術(shù)，其原理如圖1所示．其中陰（陽(yáng)）離子交換膜只允許陰（陽(yáng)）離子通過(guò)．
①陰極的電極反應(yīng)式為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑．
②電解一段時(shí)間，陰極區(qū)會(huì)產(chǎn)生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，寫(xiě)出生成CaCO₃的離子方程式Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O．
③淡水的出口為a、b、c中的b出口．
（2）鋰是制造化學(xué)電源的重要原料，如LiFePO₄電池某電極的工作原理如圖2所示：
該電池電解質(zhì)為傳導(dǎo)Li⁺的固體材料．放電時(shí)該電極是電池的正極（填“正”或“負(fù)”），電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄．
（3）目前的研究表明，鐵的某些含氧酸鹽可用于工業(yè)廢水、廢氣的處理．
①用K₂FeO₄處理中性廢水時(shí)，K₂FeO₄與水反應(yīng)生成氫氧化鐵膠體，并放出無(wú)色無(wú)味的氣體和其它物質(zhì)，寫(xiě)出反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃（膠體）+8OH^-+3O₂↑，處理廢水時(shí)既利用K₂FeO₄強(qiáng)氧化性，又利用生成氫氧化鐵膠體的聚沉 作用．
②MFe₂O₄可以與氫氣反應(yīng)制備新型納米材料氧缺位鐵酸鹽MFe₂O_x（3＜x＜4），其中M表示+2價(jià)的金屬元素，常溫下，MFe₂O_x能使工業(yè)廢氣中的SO₂轉(zhuǎn)化為S，達(dá)到回收硫、凈化空氣目的，轉(zhuǎn)化過(guò)程表示如下：MFe₂O_x$→_{SO_{2}}^{常溫下}$MFe₂O_y 則可以判斷x＜y，氧化性：MFe₂O_y＜ SO₂（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）①由電滲析法淡化海水示意圖可知，陰（陽(yáng)）離子交換膜僅允許陰（陽(yáng)）離子通過(guò)；陰極上是陽(yáng)離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子，氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽(yáng)極，陽(yáng)離子移向陰極，所以水在b處流出；
（2）放電時(shí)，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）①用K₂FeO₄處理中性廢水時(shí)與水反應(yīng)生成氫氧化鐵膠體，并放出無(wú)色無(wú)味的氣體和其它物質(zhì)，鐵元素化合價(jià)降低，氧元素化合價(jià)升高生成氧氣，結(jié)合電荷守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式；氫氧化鐵膠體具有吸附作用；
②根據(jù)化合價(jià)的變化判斷反應(yīng)物在反應(yīng)中是氧化劑還是還原劑或是催化劑，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0判斷x與y的關(guān)系．

解答 解：（1）①陰極上是陽(yáng)離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子放電能力大于鈉離子，所以電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子，氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣，生成碳酸鈣沉淀的離子方程式為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽(yáng)極，陽(yáng)離子移向陰極，通過(guò)用一段時(shí)間海水中的 陰陽(yáng)離子在兩個(gè)電極放電，所以水在b處流出，
故答案為：b；
（2）放電時(shí)，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以該電極是正極，電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，
故答案為：正；FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄；
（3）①用K₂FeO₄處理中性廢水時(shí)與水反應(yīng)生成氫氧化鐵膠體，并放出無(wú)色無(wú)味的氣體和其它物質(zhì)，鐵元素化合價(jià)降低，氧元素化合價(jià)升高生成氧氣，結(jié)合電荷守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃（膠體）+8OH^-+3O₂↑；氫氧化鐵膠體具有吸附作用，能吸附懸浮在水中的雜質(zhì)凈水，發(fā)生聚沉；
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃（膠體）+8OH^-+3O₂↑；聚沉；
②在圖示反應(yīng)中，SO₂轉(zhuǎn)化為S，S元素化合價(jià)降低，說(shuō)明SO₂在反應(yīng)中為氧化劑，則MFe₂O_x為還原劑，氧化劑氧化性大于氧化產(chǎn)物，二氧化硫氧化性大于MFe₂O_y；SO₂在反應(yīng)中為氧化劑，參與氧化還原反應(yīng)，MFe₂O_x為還原劑，反應(yīng)后Fe元素的化合價(jià)升高，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和，則有（2y-2）＞（2x-2），即y＞x，
故答案為：＜；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)電源新型電池，電解池原理分析判斷，海水淡化的電滲析原理的分析判斷，題目難度中等，掌握原理即可解答，題目難度不大．