Question

(14分) 電池的發(fā)明和應(yīng)用是化學(xué)家們對人類社會的重要貢獻之一。

Ⅰ．每一次化學(xué)電池技術(shù)的突破，都帶來了電子設(shè)備革命性的發(fā)展。最近，我國在甲醇燃料電池的相關(guān)技術(shù)上獲得了新突破，原理如下圖1所示。

(1)請寫出從C口通入O₂發(fā)生的電極反應(yīng)式       。

 (2)以石墨做電極電解飽和食鹽水，如下圖2所示。電解開始后在       的周圍（填“陰極”或“陽極”）先出現(xiàn)紅色。假設(shè)電池的理論效率為80%（電池的理論效率是指電池產(chǎn)生的最大電能與電池反應(yīng)所釋放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇氣體，外電路通過的電子個數(shù)為        (保留兩位有效數(shù)字，N_A取6.02×10²³)。

Ⅱ.隨著電池使用范圍的日益擴大，廢舊電池潛在的污染已引起社會各界的廣泛關(guān)注。

(1)電池生產(chǎn)企業(yè)排放的工業(yè)廢水中常含有Cu²⁺等重金屬離子，直接排放會造成污染，目前在工業(yè)廢水處理過程中，依據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的原理，常用FeS等難溶物質(zhì)作為沉淀劑除去這些離子。已知室溫下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。請用離子方程式說明上述除雜的原理       。

（2）工業(yè)上為了處理含有Cr₂O₇^2－的酸性工業(yè)廢水，用綠礬（FeSO₄·7H₂O）把廢水中的六價鉻離子還原成三價鉻離子，再加入過量的石灰水，使鉻離子轉(zhuǎn)變?yōu)镃r(OH)₃沉淀。

①氧化還原過程的離子方程式為       。

②常溫下，Cr(OH)₃的溶度積Ksp＝1×10^－32 mol⁴·L^－4，溶液的pH至少為       ，才能使Cr³⁺沉淀完全。

③現(xiàn)用上述方法處理100m³含鉻（＋6價）78mg•L^－1的廢水，需用綠礬的質(zhì)量為       kg。（寫出主要計算過程）

 

Answer 1

【答案】

（14分）Ⅰ．（1）O₂＋4e^－＋4H^＋＝2H₂O （2分） （2）陰極（1分）；5.8×10²³（2分）

Ⅱ．（1）FeS(s)＋Cu²⁺(aq)＝CuS(s) ＋Fe²⁺(aq) （2分）

（2）①Cr₂O₇^2－＋6 Fe²⁺＋14H^＋＝2Cr^3＋＋6 Fe³⁺＋7 H₂O  （2分）  ②5（2分） ③125.1Kg （2分）

【解析】

試題分析：Ⅰ．（1）氧氣在反應(yīng)中得到電子，所以在正極通入。又因為存在質(zhì)子交換膜，所以通入氧氣的電極反應(yīng)式是O₂＋4e^－＋4H^＋＝2H₂O。

（2）惰性電極電解飽和食鹽水，則陽極是氯離子失去電子，陰極是氫離子得到電子生成氫氣。由于氫離子放電，破壞了陰極周圍水的電離平衡，所以陰極周圍溶液顯堿性，則陰極周圍出現(xiàn)紅色。6.4g甲醇的物質(zhì)的量是6.4g÷32g/mol＝0.2mol，甲醇的氧化產(chǎn)物是CO₂，反應(yīng)中失去0.2mol×（4+2）＝1.2mol。又因為電池的理論效率為80%，則外電路通過的電子個數(shù)為1.2mol×80%×6.02×10²³/mol＝5.8×10²³。

Ⅱ．（1）根據(jù)溶度積常數(shù)可知，F(xiàn)eS的溶度積常數(shù)大于CuS的溶度積常數(shù)，所以FeS能轉(zhuǎn)化為更難溶的CuS沉淀，反應(yīng)的離子方程式為FeS(s)＋Cu²⁺(aq)＝CuS(s) ＋Fe²⁺(aq)。

（2）①反應(yīng)中亞鐵離子的氧化產(chǎn)物是鐵離子，Cr₂O₇^2－的還原產(chǎn)物是Cr^3＋，所以根據(jù)電子得失守恒可知，該反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2－＋6 Fe²⁺＋14H^＋＝2Cr^3＋＋6 Fe³⁺＋7H₂O。

②由于溶液中Cr³⁺濃度小于10^－5mol/L時，可以視為完全沉淀，所以根據(jù)Cr(OH)₃的溶度積Ksp＝1×10^－32 mol⁴·L^－4可知，要使Cr³⁺沉淀完全，則溶液中c(OH^－)＝＝10^－9mol/L，所以pH＝5。

③根據(jù)反應(yīng)的方程式可知

2Cr^3＋                    ～            6FeSO₄·7H₂O

2mol                             6mol

78mg•L^－1×100m³/52g• mol^—1       n(FeSO₄·7H₂O)

解得n(FeSO₄·7H₂O)＝450 mol

所以m(FeSO₄·7H₂O)＝450 mol×278g• mol^—1＝125.1Kg

考點：考查電極反應(yīng)式的書寫、電極產(chǎn)物的判斷和計算；溶解平衡以及溶度積常數(shù)和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計算等