题目内容

工业废水中常含有一定量的Cr2O72-，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一．该法用Fe和石墨作电极电解含Cr2O72-的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的．某科研小组利用以上方法处理污水，设计了熔融盐电池和污水电解装置如图所示．
（1）Fe电极为
 
（填“M”或“N”）；电解时
 
（填“能”或“不能”）否用Cu电极来代替Fe电极，理由是
 
．
（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是
 
；阴极附近的沉淀有
 
．
（3）图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH4为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池．已知，该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4-8e-+4CO32-═5CO2+2H2O，则正极的电极反应式为
 
．
（4）实验过程中，若电解池阴极材料质量不变，产生4.48L（标准状况）气体时，熔融盐燃料电池消耗CH4的体积为
 
L（标准状况）．
（5）已知某含Cr2O72-的酸性工业废水中铬元素的含量为104.5mg?L-1，处理后铬元素最高允许排放浓度为0.5mg?L-1．处理该废水1 000m3并达到排放标准至少消耗铁的质量为
 
kg．
考点：原电池和电解池的工作原理
专题：电化学专题
分析：（1）实验原理：用Fe为电极进行电解生成Fe2+，作为还原剂还原Cr2O72-；
（2）电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，根据电极反应产物结合溶液的环境来回答；
（3）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程；
（4）在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的；
（5）根据反应方程式14H++Cr2O72-+6Fe2+=6Fe3++2Cr3++7H2O计算即可．
解答： 解：（1）该实验原理：用Fe为电极进行电解生成Fe2+，作为还原剂还原Cr2O72-，所以金属铁是阳极，不能用Cu电极来代替Fe电极，因阳极产生的Cu2+不能还原Cr2O72-，故答案为：M；因阳极产生的Cu2+不能还原Cr2O72-；
（2）电解池的阳极上发生失电子的氧化反应，阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是：Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，根据阳离子移向阴极的原理，则阴极附近的沉淀有Cr（OH）3、Fe（OH）3，故答案为：Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O；有Cr（OH）3、Fe（OH）3；
（3）①料电池中，正极反应一定是氧气的电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O2+2CO2+4e-=2CO32- （或2O2+4CO2+8e-=4CO32-），故答案为：O2+2CO2+4e-=2CO32- （或2O2+4CO2+8e-=4CO32-）；        
（4）阴极的电极反应为：2H++2e-=H2↑，阴极产生了4.48L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为0.4mol，根据电池的负极电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，当转移0.4mol电子时，消耗CH4（标准状况）的物质的量是0.05mol，其体积V=nVm=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，故答案为：1.12L．
（5）m（Cr）=1000×1000×（104.5-0.5）=1.04×108mg=1.04×105g．
则Cr的物质的量是2×103mol，设Fe为xmol．
14H++Cr2O72-+6Fe2+=6Fe3++2Cr3++7H2O
                    6      2
                    x      2×103mol
则
6
x
=
2
103mol×2
，解得x=6×103mol，所以m（Fe）=n?M=336×103g=336kg，故答案为：336．
点评：本题综合考查了化学平衡原理、氧化还原反应、和电化学知识等内容，考查学生分析和解决问题的能力，难度较大．分析时要根据题给信息，结合相关原理进行解答．
练习册系列答案
相关题目
已知A～I均为中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示，其中A、D为金属单质，反应过程中需要或生成的水及其他部分产物已略去．请回答以下问题：

（1）B和F分别是
 
（填化学式）．
（2）写出下列反应的化学方程式：
①A与B在高温下反应：
 
．
②H在空气中转变为I：
 
．
（3）E溶液中所有离子浓度由大到小的顺序是
 
．
（4）用离子反应方程式表示G溶液呈酸性的原因
 
；该反应的平衡常数为
 
（已知常温下，H的溶度积常数KSP=8.0×10-16）
X、Y、Z、W、R是元素周期表前四周期中的常见元素，其相关信息如下表：
元素相关信息
X组成蛋白质的基础元素，其最高正化合价与最低负化合价的代数和为2
Y地壳中含量最高的元素
Z存在质量数为23，中子数为11的核素
W生活中大量使用其合金制品，工业上可用电解熔融氧化物的方法制备其单质
R有多种化合价，其白色氢氧化物在空气中会迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
（1）W在元素周期表中的位置为
 
；   X、Z、W三种元素的原子半径从大到小的顺序是
 
 （用元素符号表示）．
（2）X与氢两元素按原子数目比1：3和2：4构成分子A和B，A的电子式为
 
；B的结构式为
 
；化合物ZY中存在的化学键类型为
 
．
（3）砷（As）是人体必需的微量元素，与X同一主族，As原子比X原子多两个电子层，则砷的原子序数为
 
，其最高价氧化物的化学式为
 
．该族2～4周期元素的气态氢化物的稳定性从大到小的顺序是
 
（用化学式表示）．
（4）用RCl3溶液腐蚀铜线路板的离子方程式为
 
．检验溶液中R3+常用的试剂是
 
，可以观察到的现象是
 
．
已知化学反应与数据关系如下表：
化学反应平衡常数温度
973K1173K
①Fe（s）+CO2（g）?FeO（s）+CO（g）K11.472.15
②Fe（s）+H2O（g）?FeO（s）+H2（g）K22.381.67
③CO（g）+H2O（g）?CO2（s）+H2（g）K3？？
请回答下列问题：
（1）反应②是
 
（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）写出反应①的平衡常数K1的表达式
 
．
（3）根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=
 
（用K1、K2表示）．
（4）要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动，可采取的措施有
 
（填写字母序号）．
A．缩小反应容器的容积     
B．扩大反应容器的容积     
C．升高温度
D．使用合适的催化剂            
E．设法减小平衡体系中的CO的浓度
（5）若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示：

①可见反应在t1、t7时都达到了平衡，而t6、t8时都改变了一种条件，试判断改变的是什么条件：t6时
 
； t8时
 
．
②在图中画出在t2时刻升温后t2到t4之间的逆反应速率曲线（t3时达到了平衡）．
氢能是最重要的新能源．储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一．
（1）NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为
 
．
（2）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢．
某温度下，向恒容容器中加入环已烷，其起始浓度为amol?L-1，平衡时苯的浓度为bmol?L-1，该反应的平衡常数K=
 

（3）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）．
①导线中电子转移方向为
 
．（用A、D表示）
②生成目标产物的电极反应式为
 
．
③该储氢装置的电流效率η=
 
．（η=生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%，计算结果保留小数点后1位．）
下列物质属于电解质的是（　　）
A、饱和食盐水B、乙醇
C、HClD、铁片
下列除杂质选用试剂和主要操作都正确的是（　　）
选项物质杂质试剂主要操作
ASiO2Fe2O3盐酸过滤
BCO2COO2点燃
CFeCl2溶液FeCl3Cu过滤
DCH3CH2OHH2ONa蒸馏
A、AB、BC、CD、D
苹果酸的结构简式为，下列说法正确的是（　　）
A、HOOC-CH2-CH（OH）-COOH与苹果酸互为同分异构体
B、1mol苹果酸可与3mol NaOH发生中和反应
C、1mol苹果酸与足量金属Na反应生成生成1mol H2
D、苹果酸在一定条件下能发生缩聚反应
下列关于蛋白质的叙述中，不正确的是（　　）
A、蛋白质溶液里加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质析出，虽再加水，也不再溶解
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D、浓硝酸溅在皮肤上，使皮肤呈黄色是由于浓硝酸和蛋白质发生了“颜色反应”

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