Question

某含铬的污水可用如图所示装置处理，该装置可将污水中的Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺．

（1）图中左右两个装置中，

 

（填“左”或“右”）装置为电解池．电源中负极的活性物质为

 

 （填化学式）；电源中两电极间，带负电荷的离子运动的方向为

 

（填“从左至右”或“从右到左”），该离子为

 

（填化学式）．
（2）请写出阳极上的电极反应式及Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺的离子方程式分别是：

 

、

 

．
（3）为保证正常工作，图中A物质必须循环使用，其化学式为：

 

．
（4）镧系元素均为稀土元素（常用作电极）位于元素周期表第六周期，该周期元素形成的氢氧化物中碱性最强的为

 

（填写化学式）．铈（Ce）有两种氢氧化物Ce（OH）₃和Ce（OH）₄，前者对空气比较敏感，请用化学方程式表示其原因

 

．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）有外加电源时为电解池，没外加电源为原电池；甲烷燃料电池中，通甲烷的一端为负极，电解污水，铁在阳极放电；电源中两电极间，带负电荷的CO₃^2-离子运动的方向为从右到左；
（2）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；二价铁离子有还原性，Cr₂O₇^2-有强氧化性，二者能发生氧化还原反应，根据电子得失配平；
（3）从图中流程可以发现，电解质为碳酸盐，燃料电池的正极上氧气得到电子和负极发生氧化反应，甲烷失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，可以判定CO₂可以重复使用；
（4）同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合价分别为+3和+4，空气中含有水蒸气和氧气；

解答： 解：（1）有外加电源时为电解池，左装置有外加电源属于电解池；没外加电源为原电池，右装置没有外加电源为CH₄燃料电池；甲烷燃料电池中，通甲烷的一端为负极，负极发生氧化反应，甲烷失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，负极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，电源中两电极间，带负电荷的CO₃^2-离子向原电池的负极移动，所以运动的方向为从右到左，
故答案为：左；CH₄；从右到左；CO₃^2-；
（2）阳极上的电极铁失去电子：Fe-2e^-=Fe²⁺，二价铁离子有还原性，Cr₂O₇^2-有强氧化性，二者能发生氧化还原反应，二价铁离子被氧化成三价铁离子，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，反应方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+11H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr³⁺+4H⁺；
（3）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用；由转化关系图知，通入氧气的一极为原电池的正极，其电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，同时负极发生氧化反应，甲烷失去电子，在碱性条件下生成碳酸根离子，负极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，即A为CO₂，同时可以判定CO₂可以循环利用，
故答案为：CO₂；
（4）同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱，C_S是元素周期表第六周期第ⅠA族元素，所以元素的金属性最强的是C_S，氢氧化物中碱性最强的为CsOH，Ce（OH）₃和Ce（OH）₄中Ce的化合价分别为+3和+4，Ce（OH）₃易被氧气氧化成Ce（OH）₄，反应为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，空气中含有水蒸气和氧气，所以Ce（OH）₃对空气比较敏感，
故答案为：CsOH；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；

点评：本题综合考查了原电池原理和电解池原理以及元素递变规律，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力，对工艺流程的理解、阅读题目获取信息是解题的关键，做题时要注意电极的判断及化学方程式的书写，题目难度中等．