Question

某含鉻的污水可用如圖所示裝置處理，該裝置可將污水中的Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺．

（1）圖中左右兩個(gè)裝置中，

 

（填“左”或“右”）裝置為電解池．電源中負(fù)極的活性物質(zhì)為

 

 （填化學(xué)式）；電源中兩電極間，帶負(fù)電荷的離子運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)?div id="fh2wvxd" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

（填“從左至右”或“從右到左”），該離子為

 

（填化學(xué)式）．
（2）請(qǐng)寫出陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式及Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺的離子方程式分別是：

 

、

 

．
（3）為保證正常工作，圖中A物質(zhì)必須循環(huán)使用，其化學(xué)式為：

 

．
（4）鑭系元素均為稀土元素（常用作電極）位于元素周期表第六周期，該周期元素形成的氫氧化物中堿性最強(qiáng)的為

 

（填寫化學(xué)式）．鈰（Ce）有兩種氫氧化物Ce（OH）₃和Ce（OH）₄，前者對(duì)空氣比較敏感，請(qǐng)用化學(xué)方程式表示其原因

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）有外加電源時(shí)為電解池，沒外加電源為原電池；甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負(fù)極，電解污水，鐵在陽(yáng)極放電；電源中兩電極間，帶負(fù)電荷的CO₃^2-離子運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閺挠业阶螅?br />（2）陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子；二價(jià)鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強(qiáng)氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子得失配平；
（3）從圖中流程可以發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)為碳酸鹽，燃料電池的正極上氧氣得到電子和負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，可以判定CO₂可以重復(fù)使用；
（4）同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)；Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合價(jià)分別為+3和+4，空氣中含有水蒸氣和氧氣；

解答： 解：（1）有外加電源時(shí)為電解池，左裝置有外加電源屬于電解池；沒外加電源為原電池，右裝置沒有外加電源為CH₄燃料電池；甲烷燃料電池中，通甲烷的一端為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負(fù)極反應(yīng)為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，電源中兩電極間，帶負(fù)電荷的CO₃^2-離子向原電池的負(fù)極移動(dòng)，所以運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閺挠业阶螅?br />故答案為：左；CH₄；從右到左；CO₃^2-；
（2）陽(yáng)極上的電極鐵失去電子：Fe-2e^-=Fe²⁺，二價(jià)鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強(qiáng)氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二價(jià)鐵離子被氧化成三價(jià)鐵離子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應(yīng)方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+11H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr³⁺+4H⁺；
（3）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用；由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖知，通入氧氣的一極為原電池的正極，其電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，同時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷失去電子，在堿性條件下生成碳酸根離子，負(fù)極反應(yīng)為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，即A為CO₂，同時(shí)可以判定CO₂可以循環(huán)利用，
故答案為：CO₂；
（4）同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，C_S是元素周期表第六周期第ⅠA族元素，所以元素的金屬性最強(qiáng)的是C_S，氫氧化物中堿性最強(qiáng)的為CsOH，Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合價(jià)分別為+3和+4，Ce（OH）₃易被氧氣氧化成Ce（OH）₄，反應(yīng)為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，空氣中含有水蒸氣和氧氣，所以Ce（OH）₃對(duì)空氣比較敏感，
故答案為：CsOH；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了原電池原理和電解池原理以及元素遞變規(guī)律，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息是解題的關(guān)鍵，做題時(shí)要注意電極的判斷及化學(xué)方程式的書寫，題目難度中等．