题目内容
【题目】(1)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料, 装置如图所示。
①若A为CO, B为H2,C为CH3OH,则通入CO一极的电极反应式为_____________。
②A为SO2, B为O2, C为H2SO4, 则负极反应式为________________。
③若A为NO2, B为O2, C为HNO3,负极的电极反应式为_________________。
(2)下图所示的原电池装置中,负极材料是_____。正极上能够观察到的现象是_______________。 负极的电极反应式是_________________。原电池工作一段时间后,若消耗负极5.4g ,则放出气体______mol。
(3)利用反应Cu + Fe2(SO4)3=2FeSO4 + CuSO4设计一个原电池。
①在下面方格内画出实验装置图________________。
②指出正极材料可以为_____,该电极上发生的电极反应为___________。
【答案】CO+4e-+4H+==CH3OH SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+ NO2-e-+H2O=NO3-+2H+ Al 有气体生成 Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O 0.3 C(Ag等) Fe3++e-=Fe2+
【解析】
(1)①燃料电池中,通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极,该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价,所以CO是氧化剂,发生还原反应;
②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子;
③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则负极上二氧化氮失电子生成硝酸根离子;
(2)根据只有自发进行的氧化还原反应才可以设计成原电池进行分析;
(3)根据反应“Cu + Fe2(SO4)3=2FeSO4 + CuSO4”可知,反应中Cu被氧化,应为原电池负极,失电子而被氧化,正极应为活泼性比Cu弱的金属或非金属材料,Fe3+在正极得到电子而被还原,电解质溶液为Fe2(SO4)3,以此画出实验装置图并书写有关的电极反应式;
(1)①燃料电池中,通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极,该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价,所以CO是氧化剂,则通入CO的电极为正极,电极方程式为CO+4 e-+4H+=CH3OH,
答案:CO+4 e-+4H+=CH3OH;
②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+;
答案:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+;
③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则负极上二氧化氮失电子生成硝酸根离子和氢离子,电极反应式NO2-e-+H2O=NO3-+2H+;
答案:NO2-e-+H2O=NO3-+2H+
(2)只有自发进行的氧化还原反应才可以设计成原电池,此装置自发进行的氧化还原反应为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,因此负极反应为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O,正极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑;根据总方程式可知2Al~3H2,消耗负极5.4g ,则放出气体;
答案:Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O 0.3
(3)①根据反应“Cu + Fe2(SO4)3=2FeSO4 + CuSO4”可知,反应中Cu被氧化,应为原电池负极,失电子而被氧化,正极应为活泼性比Cu弱的金属或非金属材料,Fe3+在正极得到电子而被还原,电解质溶液为Fe2(SO4)3,以此画出实验装置图;
答案:
(2)正极应为活泼性比Cu弱的金属或非金属材料;根据Cu + Fe2(SO4)3=2FeSO4 + CuSO4可知:电极反应式负极:Cu-2e-=Cu2+,正极2Fe3++2e-=2Fe2+;
答案:C(Ag等) Fe3++e-=Fe2+
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【题目】某小组在验证反应“Fe + 2Ag+=Fe2+ + 2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物:
①取少量黑色固体,洗涤后,____________________________________(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加__________溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有_____________。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是________________________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,白色沉淀:___________(化学式),且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号 | 取样时间/min | 现象 |
i | 3 | 产生大量白色沉淀;溶液呈红色 |
ii | 30 | 产生白色沉淀较3min时量少;溶液红色较3min时加深 |
iii | 120 | 产生白色沉淀较30min时量少;溶液红色较30min时变浅 |
② 对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:空气中存在O2,由于________________________(用离子方程式表示),可产生Fe3+; 假设c:酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+_________________(用离子方程式表示)
假设d:根据加入KSCN溶液后产生白色现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。请写出产生Fe3+的离子方程式:______________________________。
③ 下列实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验:向硝酸酸化的__________溶液溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:______________________________________________________________________________。