题目内容

7．电池的发明和应用是化学家们对人类社会的重要贡献之一．
Ⅰ每一次化学电池技术的突破，都带来了电子设备革命性的发展．最近，我国在甲醇燃料电池的相关技术上获得了新突破，原理如图1所示．
（1）请写出从C口通入O2发生反应的电极反应式：O2+4e-+4H+=2H2O．
（2）以石墨做电极电解饱和食盐水，如图2所示．电解开始后在阴极的周围（填“阴极”或“阳极”）先出现红色．假设电池的理论效率为80%（电池的理论效率是指电池产生的最大电能与电池反应所释放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇气体，外电路通过的电子个数为5.8×1023（保留两位有效数字，NA取6.02×1023）
Ⅱ随着电池使用范围的日益扩大，废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注．
（1）电池生产企业排放的工业废水中常含有Cu2+等重金属离子，直接排放会造成污染，目前在工业废水处理过程中，依据沉淀转化的原理，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去这些离子．已知室温下Ksp（FeS）=6.3×10-18mol2gL-2，
Ksp（CuS）=1.3×10-36mol2gL-2，
．请用离子方程式说明上述除杂的原理：FeS（s）+Cu2+（aq）=CuS（s）+Fe2+（aq）．
（2）工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水，用绿矾（FeSO4•7H2O）把废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，再加入过量的石灰水，使铬离子转变为Cr（OH）3沉淀．
①氧化还原过程的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O．
②常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp=1×10-32mol4•gL-4，溶液中pH至少为5，才能使Cr3+沉淀完全．
③现用上述方法处理100m3含铬（+6价）78mgg•L-2，的废水，需用绿矾的质量为125.1Kg．（写出主要计算过程）

分析 Ⅰ（1）依据燃料电池的反应原理是燃料燃烧的氧化还原反应，燃料在负极上发生氧化反应；氧气再正极发生还原反应；结合电解质环境书写电极反应；
（2）以石墨电极电解饱和食盐水，电解开始后阴极附近氢离子放电，溶液呈碱性使酚酞变红；依据甲醇燃料电池的反应，结合电池的理论效率，利用电子转移进行计算；
Ⅱ（1）沉淀转移的方向是向着更难溶的方向移动，通过Ksp的大小可知那种物质更加难溶；
（2）①Cr2O72-的酸性工业废水中加入硫酸亚铁反应生成铁离子，三价铬离子和水，依据原子守恒和电荷守恒配平书写离子方程式；
②依据溶度积常数计算氢氧根离子浓度结合离子积常数计算氢离子浓度得到溶液pH；
③依据离子方程式定量关系计算得到．

解答 解：Ⅰ（1）根据装置可以知道d出生成大量的水，所以e电极是通入的氧气，反应环境是酸性溶液，发生电极反应为：O2+4e-+4H+=2H2O，
故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O；
（2）以石墨电极电解饱和食盐水，电解开始后阴极附近氢离子放电，溶液呈碱性使酚酞变红；当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，根据反应2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g），当消耗甲醇2mol时，转移电子为12mol，所以当6.4g甲醇即0.2mol甲醇完全反应生成CO2时，转移电子是1.2mol，电池的理论效率为80%，则外电路通过的电子个数=1.2mol×80%×6.02×1023=5.8×1023；
故答案为：阴极；5.8×1023；
Ⅱ（1）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同条件下CuS的溶解度更小，沉淀会向着生成CuS的方向进行，故离子方程式为FeS（s）+Cu2+（aq）=CuS（s）+Fe2+（aq），故答案为：FeS（s）+Cu2+（aq）=CuS（s）+Fe2+（aq）；
（2）①工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水，用绿矾（FeSO4•7H2O）把废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，Cr2O72-的酸性工业废水中加入硫酸亚铁反应生成铁离子，三价铬离子和水，反应的离子方程式为：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，
故答案为：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；
②常温下，Cr3+沉淀完全浓度小于10-5mol/L，Cr（OH）3的溶度积Ksp=1×10-32=c（Cr3+）c3（OH-），c3（OH-）=$\frac{1×1{0}^{-32}}{1×1{0}^{-5}}$=10-27，c（OH-）=1×10-9mol/L，依据离子积Kw=c（H+）c（OH-），c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-9}}$=10-5（mol/L），溶液pH=5，
故答案为：5；
③现用上述方法处理100m3含铬（+6价）78mg•L-1的废水，铬元素物质的量=$\frac{100000L×78×1{0}^{-3}g/L}{52g/mol}$=150mol，Cr2O72-物质的量75mol，则
  Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
   1       6
75mol    450mol
需用绿矾的质量=450mol×278g/mol=125100g=125.1kg，
故答案为：125.1．

点评 本题考查了溶度积常数影响因素和计算应用，沉淀转化关系的分析应用，离子方程式计算方法，掌握基础是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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17．今年“世界地球日”的主题是：“珍惜地球资源，转变发展方式，提高资源利用效益”，下列行为中不符合这一主题的是（　　）
A．节约能源，提高能源利用率
B．大量开采化石原料，以满足社会对能源的要求
C．减少直至不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃
D．采用“绿色化学”工艺，使原料尽可能转化为所需要的物质
18．用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）
A．常温下，28g CO中含有的分子数为NA
B．1.0 mol•L-1 Na2SO4溶液中所含的Na+数为2NA
C．标准状况下，22.4 L HCl气体中所含的原子数为NA
D．1 mol N2所含有的原子数为NA
15．下列关于营养物质和高分子材料的说法中不正确的是（　　）
A．油脂在空气中完全燃烧转化为水和二氧化碳
B．蔗糖、麦芽糖的分子式都是C12H22O11，二者互为同分异构体
C．用于食品包装的塑料制品，属于热塑性塑料，可回收再利用
D．聚氯乙烯塑料强度大，抗腐蚀性强，可以用来包装需长时间保存的食品
2．已知A为淡黄色固体，T、R为两种常见的用途很广的金属单质，D是具有磁性的黑色晶体，C是无色无味的气体，H是白色沉淀，W溶液中加入KSCN出现血红色．

（1）写出下列物质的化学式：DFe3O4  NNaAlO2
（2）B与E混和得到H并在潮湿空气中变成M的过程中，可能观察到的现象：溶液中出现白色沉淀，在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色；
H在潮湿空气中变成M的过程中发生的反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3．
（3）按要求写方程式：
B和R反应生成N的离子方程式：2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑．
M→W的离子方程式：Fe（OH）3+3H+=Fe3++3H2O．
12．右图是用点滴板探究氨气的性质．实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水后，立即用培养皿罩住整个点滴板．下列对实验现象的解释正确的是（　　）
选项实验现象解释
A红色石蕊试纸变蓝NH3极易溶于水
B浓硫酸附近无白烟NH3与浓硫酸不发生反应
C氯化铝溶液变浑浊NH3与AlCl3溶液反应：Al3++3OH-→Al（OH）3↓
D浓盐酸附近有白烟NH3与挥发出的HCl反应：NH3+HCl→NH4Cl
A．AB．BC．CD．D
19．SO2是常见的大气污染物，燃煤是产生SO2的主要原因．工业上有多种方法可以减少SO2的排放．
（1）往煤中添加一些石灰石，可使燃煤过程中产生的SO2转化成硫酸钙．该反应的化学方程式是2CaCO3+2SO2+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO4+2CO2．
（2）可用多种溶液做燃煤烟气中SO2的吸收液．
①分别用等物质的量浓度的Na2SO3溶液和NaOH溶液做吸收液，当生成等物质的量NaHS03时，两种吸收液体积比V（Na2SO3）：V（NaOH）=1：2．
②NaOH溶液吸收了足量的SO2后会失效，可将这种失效的溶液与一定量的石灰水溶液充分反应后过滤，使NaOH溶液再生，再生过程的离子方程式是Ca2++OH-+HSO3-=CaSO3↓+H2O．
（3）甲同学认为BaCl2溶液可以做SO2的吸收液．为此甲同学设计如下实验（夹持装置和加热装置如图1，气密性已检验）：
已知：Na2SO3（固体）+H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2SO4+SO2↑+H2O，反应开始后，A中Na2SO3固体表面有气泡产生同时有白雾生成；B中有白色沉淀．甲认为B中白色沉淀是SO2与BaCl2溶液反应生成的BaSO3，所以BaCl2溶液可做SO2吸收液．乙同学认为B中的白色沉淀是BaSO4，产生BaSO4的原因是：2A中产生的白雾是浓硫酸的酸雾，进入B中与BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀．
②A中产生的SO2与装置内空气中的O2进入B中与BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀．为证明SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀，乙同学对甲同学的实验装置做了如下改动并实验（夹持装置和加热装置如图2，气密性已检验）：反应开始后，A中Na2SO3固体表面有气泡产生同时有白雾生成；B、C试管中除了有气泡外，未见其它现象；D中红色褪去．
③试管B中试剂是饱和NaHSO3溶液；滴加浓硫酸之前的操作是打开弹簧夹，通入N2，一段时间后关闭弹簧夹．
④通过甲乙两位同学的实验，得出的结论是：SO2与BaCl2溶液不能得到BaSO3沉淀；不能用BaCl2溶液做吸收SO2的吸收液．
16．铝片分别与①稀盐酸、②NaOH溶液反应，下列描述正确的是（　　）
A．①中产生气泡，②中不产生气泡
B．①和②中都不产生气泡
C．①和②中都产生气泡，①中是H2，②中是O2
D．①和②中都产生气泡，且都是H2
17．氮元素在海洋中的循环，是整个海洋生态系统的基础和关键．海洋中无机氮的循环过程可用如图表示．
（1）海洋中的氮循环起始于氮的固定，其中属于固氮作用的一步是②（填图中数字序号）．
（2）下列关于海洋氮循环的说法正确的是ad（填字母序号）．
a．海洋中存在游离态的氮
b．海洋中的氮循环起始于氮的氧化
c．海洋中的反硝化作用一定有氧气的参与
d．向海洋排放含NO3-的废水会影响海洋中NH4+的含量
（3）有氧时，在硝化细菌作用下，NH4+可实现过程④的转化，将过程④的离子方程式补充完整：
NH4++5O2═2NO2-+6H++N2O+5H2O
（4）有人研究了温度对海洋硝化细菌去除氨氮效果的影响，下表为对10L人工海水样本的监测数据：
温度/℃样本氨氮含量/mg处理24h处理48h
氨氮含量/mg氨氮含量/mg
201008838788
251008757468
301008798600
401008977910
硝化细菌去除氨氮的最佳反应温度是25℃，在最佳反应温度时，48h内去除氨氮反应的平均速率是1.125mg•L-1•h-1．
（5）为了避免含氮废水对海洋氮循环系统的影响，需经处理后排放．图是间接氧化工业废水中氨氮（NH4+）的示意图．

①结合电极反应式简述间接氧化法去除氨氮的原理：阳极反应2Cl--2e-=Cl2，产生的Cl2氧化废水中的NH4+释放出N2．
②若生成H2和N2的物质的量之比为3：1，则处理后废水的pH将减小（填“增大”、“不变”或“减小”），请简述理由：电路中通过相同电量时，若生成n（H2）：n（N2）=3：1，则阳极产生的H+比阴极消耗的H+多．

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