题目内容

8.FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,所以工业上常选用电浮选凝聚法处理污水.其原理是保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀.某课外小组用电浮选凝聚法处理污水,设计如图所示装置示意图.
(1)氯化铁能用作水处理剂的原因是Fe3++3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质(用离子方程式及必要的文字说明);
(2)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣.此时,应向污水中加入适量的C;
A.BaSO4    B.CH3CH2OH     C.Na2SO4D.NaOH
(3)电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是:ⅠFe-2e-=Fe2+,Ⅱ2H2O-4e-=4H++O2↑;
(4)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+;
(5)该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料作电极.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图).A物质的化学式是CO2.

分析 (1)氯化铁在水中能水解生成氢氧化铁胶体,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质;
(2)能使导电能力增强的电解质必须是易溶于水的,且只能是中性的;
(3)根据阳极电极材料和离子的放电顺序考虑放电的离子,并书写电极反应式;
(4)二价铁离子具有还原性,能被氧气氧化到+3价;
(5)电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳.

解答 解:(1)氯化铁在水中能水解生成氢氧化铁胶体,该过程可用离子方程式为:Fe3++3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质,
故答案为:Fe3++3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质;
(2)保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀时,加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、显中性的盐,故答案为:C;
(3)电解时铁作阳极,因此主要发生Fe-2e-=Fe2+,同时也发生副反应,即溶液中的OH-失电子被氧化生成O2,故答案为:Fe-2e-=Fe2+;2H2O-4e-=4H++O2↑;
(4)二价铁离子具有还原性,能被氧气氧化到+3价,得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是:4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+,故答案为:4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+;
(5)电池是以熔融碳酸盐为电解质,可以循环利用的物质只有二氧化碳,故答案为:CO2.

点评 本题考查了燃料电池的工作原理和原电池和电解池串联的综合知识,难度较大,注意知识的迁移应用是关键.

练习册系列答案
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18.Na2S2O3是重要的化工原料,易溶于水,在中性或碱性环境中稳定.
Ⅰ.制备Na2S2O3•5H2O
反应原理:Na2SO3(aq)+S(s) $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2S2O3(aq)
实验步骤:
①称取15g Na2SO3加入圆底烧瓶中,再加入80mL蒸馏水.另取5g研细的硫粉,用3mL乙醇润湿,加入上述溶液中.
②安装实验装置(如图1所示,部分夹持装置略去),水浴加热,微沸60min.
③趁热过滤,将滤液水浴加热浓缩,冷却析出Na2S2O3•5H2O,经过滤、洗涤、干燥,得到产品.
回答问题:
(1)硫粉在反应前用乙醇润湿的目的是使硫粉易于分散到溶液中.
(2)仪器a的名称是冷凝管,其作用是冷凝回流.
(3)产品中除了有未反应的Na2SO3外,最可能存在的无机杂质是Na2SO4.检验是否存在该杂质的方法是取少量产品溶于过量稀盐酸,过滤,向滤液中加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则产品中含有Na2SO4.
(4)该实验一般控制在碱性环境下进行,否则产品发黄,用离子反应方程式表示其原因:S2O32?+2H+=S↓+SO2↑+H2O.
Ⅱ.测定产品纯度
准确称取W g产品,用适量蒸馏水溶解,以淀粉作指示剂,用0.100 0mol•L-1碘的标准溶液滴定.反应原理为2S2O32-+I2═S4O62-+2I-
(5)滴定至终点时,溶液颜色的变化:由无色变为蓝色.
(6)滴定起始和终点的液面位置如图2,则消耗碘的标准溶液体积为18.10mL.产品的纯度为(设Na2S2O3•5H2O相对分子质量为M,只列式不计算)$\frac{3.620×1{0}^{-3}M}{W}$×100%.
Ⅲ.Na2S2O3的应用
(7)Na2S2O3还原性较强,在溶液中易被Cl2氧化成SO42-,常用作脱氯剂,该反应的离子方程式为S2O32?+4Cl2+5H2O=2SO42?+8Cl?+10H+.
17.某实验小组把CO2通入饱和Na2CO3溶液制取NaHCO3,装置如图所示(气密性已检验,部分夹持装置略):

(1)D中产生NaHCO3的化学方程式是Na2CO3+CO2+H2O═2NaHCO3.
(2)请结合化学平衡移动原理解释B中溶液的作用CO2在水中存在平衡:CO2+H2O?H2CO3?HCO3-+H+,有H2SO4存在时,可使上述平衡向左移动,从而减少CO2在水中的溶解,同时吸收挥发出来的HCl气体.
(3)当D中有大量白色固体析出时,停止实验,将固体过滤、洗涤、干燥备用.为确定固体的成分,实验小组设计方案如下(称取一定质量的固体,配成1000mL溶液作为样液,其余固体备用):
①方案1:取样液与澄清的Ca(OH)2溶液混合,出现白色沉淀.
实验小组对现象产生的原理进行分析,认为该方案不合理,理由是Na2CO3和NaHCO3都能跟Ca(OH)2溶液发生反应生成白色沉淀,无法确定固体的成分中是否含有NaHCO3.
②方案2:取样液与BaCl2溶液混合,出现白色沉淀并有气体产生.
实验小组认为固体中存在NaHCO3,其离子方程式是2HCO3-+Ba2+=BaCO3↓+CO2↑+H2O.
该小组认为不能确定是否存在Na2CO3,你认为该结论是否合理?合理.
③方案3:实验小组中甲、乙同学利用NaHCO3的不稳定性进行如下实验:
甲同学:取样液400mL,用pH计测溶液pH,再水浴加热蒸发至200mL,接下来的操作是冷却到室温,加水至溶液体积为400mL,再次测定pH,结果表明白色固体中存在NaHCO3.为进一步证明白色固体是否为纯净的NaHCO3,结合甲同学实验,还应补充的实验是取相同质量的纯净的NaHCO3配成1000mL溶液,取400mL,重复甲的实验,进行对照.
乙同学:利用仪器测定了固体残留率随温度变化的曲线,如图所示.
a.根据A点坐标得到的结论是白色固体为NaHCO3.
b.根据B点坐标,计算残留固体中n(NaHCO3:n(Na2CO3))=71:42.
(残留率=$\frac{剩余固体的质量}{原始固体的质量}$×100%)
通过上述实验,该小组认为,可以向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2制备NaHCO3.

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