题目内容
【题目】(1)用电解法分开处理含有Cr2O72-及含有NO2-的酸性废水[最终Cr2O72-转化为Cr3+，NO2-转化为无毒物质]，其装置如图所示。
①阴极电极反应：________________________，
左池中Cr2O72-转化为Cr3＋的离子方程式是_________________________________________。
②当阴极区消耗2 mol NO2-时，右池减少的H＋的物质的量为________ mol。
③若将铁电极换成石墨棒，阳极电极反应式为：_________________________________。
(2)由甲醇(CH3OH)、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。
①该电池负极的电极反应式为___________________________________________，正极电极反应式_____________________________________________。
②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200 mL含有2mol·L－1HCl与0.5mol·L－1CuSO4的混合溶液。当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的质量为_____g，总共转移_____mol电子。
【答案】2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O 2 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O O2+4e－＋2H2O===4OH－ 3.2 g 0.8mol
【解析】
(1) ①阴极发生还原反应；亚铁离子具有还原性，能被重铬酸根氧化为铁离子，据此书写；
②根据阴极电极反应式2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，当阴极区消耗2 mol NO2-时，同时消耗8molH+，同时根据得失电子守恒，转移6mol电子，则有6molH+从左池进入右池，以此分析；
③若将铁电极换成石墨棒，石墨为惰性电极，阳极上是溶液中的氢氧根离子失电子发生氧化反应；
(2)①甲醇燃料电池中甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得电子发生还原反应，在碱溶液中生成碳酸盐；
②开始阶段，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，阳极电极反应为：2Cl—2e-=Cl2↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H++2e-=H2↑，阳极还发生：4OH—4e-=2H2O+O2↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为(x+0.2)mol，根据电子转移守恒列方程计算解答。
(1) ①电解池的阴极发生还原反应，溶液中的NO2-得电子，电极反应式为：2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O；Cr2O72-把Fe2+氧化为Fe3+，Cr2O72-被还原为Cr3+，根据元素守恒同时生成H2O，所以离子方程式是Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O；
因此，本题正确答案是：2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O；Cr2O72-＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe2＋＋7H2O；
②根据阴极电极反应式2NO2-＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，当阴极区消耗2 mol NO2-时，同时消耗8molH+，同时根据得失电子守恒，转移6mol电子，则有6molH+从左池进入右池，所以右池减少的H＋的物质的量为2mol；
因此，本题正确答案是：2；
③若将铁电极换成石墨棒，石墨为惰性电极，阳极上是溶液中的氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；
因此，本题正确答案是：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；
(2)①该燃料电池中，电池的正极通入氧气，负极通入燃料甲醇，电解质是氢氧化钠溶液，正极O2得到电子生成氢氧根离子：O2+4e－＋2H2O===4OH－，负极电极反应：CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O，
因此，本题正确答案是：CH3OH－6e－＋8OH－===CO32-＋6H2O；O2+4e－＋2H2O===4OH－；
②溶液中n(Cu2+)=0.2L
0.5mol/L=0.1mol，n(H+)=0.2L2mol/L=0.4mol，n(Cl-)=0.2L2mol/L=0.4mol，
开始阶段，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，阳极电极反应为：2Cl—2e-=Cl2↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同件)的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H++2e-=H2↑，阳极还发生：4OH—4e-=2H2O+O2↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为(x+0.2)mol，根据电子转移守恒，则0.1mol2+(x+0.2)mol2=0.2mol 2+xmol4，计算得出x=0.1，
故收集到的氧气为0.1mol，氧气的质量为0.1mol32g/mol=3.2g，
总共转移电子为0.2mol2+0.1mol4=0.8mol，
因此，本题正确答案是：3.2 g ；0.8mol。
