Question

在某反应体系中，存在六种物质：Cr³⁺、、、H⁺、H₂O和．已知：该反应中氧化反应只有Cr³⁺→Cr₂O该反应过程中需要Ag⁺作催化剂，并加热．
（1）写出该反应体系中发生反应的离子方程式：______．
（2）已知中存在一个过氧键（-O-O-），则中硫元素的化合价为______．
（3）催化剂往往参加反应，改变反应途径．用离子方程式表示Ag⁺的催化过程：______．
（4）若将上述反应设计成一个原电池，用石墨作电极，则负极反应式为______，正极反应式为______．

Answer 1

解：（1）题目给出的六种物质，已知Cr³⁺→Cr₂O₇^2-发生氧化反应，一定有物质发生还原反应，S₂O₈^2-中存在一个过氧键（-O-O-），其中有2个氧原子为-1价，硫元素为+6价．SO₄^2-中硫元素为+6价，故氧元素化合价降低，S₂O₈^2-为氧化剂，根据电子转移守恒：2Cr³⁺+3S₂O₈^2-→Cr₂O₇^2-+6SO₄^2-，由电荷守恒可知H⁺是生成物，由电荷守恒可知H₂O是反应物，配平后离子方程式为：2Cr³⁺+3S₂O₈^2-+7H₂O=Cr₂O₇^2-+6SO₄^2-+14H⁺，
故答案为：2Cr³⁺+3S₂O₈^2-+7H₂O=Cr₂O₇^2-+6SO₄^2-+14H⁺；
（2）S₂O₈^2-中存在一个过氧键（-O-O-），其中有2个氧原子为-1价，令S元素化合价为a，根据化合价代数和等于所带电荷，则：2a+6×（-2）+2×（-1）=-2，解得a=6，故S₂O₈^2-中硫元素化合价为+6，
故答案为：+6；
（3）Ag⁺是强氧化剂，能把Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-，Ag⁺本身被还原为Ag，S₂O₈^2-将Ag氧化为Ag⁺，Ag⁺的催化过程的离子方程式为：6Ag⁺+2Cr³⁺+7H₂O=Cr₂O₇^2-+6Ag↓+14H⁺、S₂O₈^2-+2Ag=2Ag⁺+2SO₄^2-，
故答案为：6Ag⁺+2Cr³⁺+7H₂O=Cr₂O₇^2-+6Ag↓+14H⁺、S₂O₈^2-+2Ag=2Ag⁺+2SO₄^2-；
（4）负极发生氧化反应，正极发生还原反应，结合2Cr³⁺+3S₂O₈^2-+7H₂O=Cr₂O₇^2-+6SO₄^2-+14H⁺可知，负极电极反应式为：2Cr³⁺+7H₂O-6e^-=Cr₂O₇^2-+14H⁺，正极电极反应式为：3S₂O₈^2-+6e^-=6SO₄^2-，
故答案为：2Cr³⁺+7H₂O-6e^-=Cr₂O₇^2-+14H⁺；3S₂O₈^2-+6e^-=6SO₄^2-．
分析：（1）题目给出的六种物质，已知Cr³⁺→Cr₂O₇^2-发生氧化反应，一定有物质发生还原反应，S₂O₈^2-中存在一个过氧键（-O-O-），其中有2个氧原子为-1价，硫元素为+6价．SO₄^2-中硫元素为+6价，故氧元素化合价降低，S₂O₈^2-为氧化剂，根据原子守恒、电荷守恒、电子转移守恒判断H⁺、H₂O是反应物还是生成物，配平书写；
（2）S₂O₈^2-中存在一个过氧键（-O-O-），其中有2个氧原子为-1价，根据化合价代数和等于所带电荷计算S₂O₈^2-中硫元素；
（3）Ag⁺是强氧化剂，能把Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-，Ag⁺本身被还原为Ag，S₂O₈^2-将Ag氧化为Ag⁺；
（4）负极发生氧化反应，正极发生还原反应，结合（1）中的方程式书写．
点评：本题考查氧化还原反应、化合价计算、常用化学用语、原电池原理等，题目难度较大，判断S₂O₈^2-中元素的化合价及书写离子方程式是关键．