13.含铬(Ⅵ)废水能诱发致癌,对人类和自然环境有严重的破坏作用.利用Cu2O光催化可以处理含有Cr2O72-的废水.
Ⅰ.制取Cu2O
(1)电解法:利用铜和钛做电极,电解含有NaCl和NaOH的溶液时,反应只消耗了铜和水,体系pH及Cl-浓度维持不变(溶液体积变化忽略不计).
①阳极材料是2H2O+2e-=H2↑+2OH-;.
②阴极的电极反应式是;电解总反应为:2Cu+H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ H2↑+Cu2O.
(2)还原法
①工业上可用肼(N2H4)与新制的Cu(OH)2反应制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该反应的化学方程式为4Cu(OH)2+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N2↑+2Cu2O+6H2O.
②控制100℃、pH=5的条件时,利用亚硫酸钠与硫酸铜溶液反应可以制得Cu2O,同时产生SO2气体.反应过程中需要不断地加入烧碱,其原因是2CuSO4+3Na2SO3=Cu2O+2SO2↑+3Na2SO4反应过程中溶液的酸性不断地增强,为调节pH所以需要加入烧碱.
Ⅱ.利用Cu2O光催化处理含有Cr2O72-的废水的研究.
(1)光照射到Cu2O光催化剂上产生光催化反应,Cr2O72-和H2O分别在光催化反应中形成的微电极上发生电极反应,反应原理如图1所示.在图中用短线和箭头画出电子移动的方向,写出Cr2O72-转化Cr3+的电极反应.
(2)研究中对Cu2O的作用提出两种假设:
a.Cu2O作光催化剂;b.Cu2O 与Cr2O72-发生氧化还原反应.
已知:Cu2O的添加量是1.74×10-4mol/L,Cr2O72-的初始浓度是9.60×10-4mol/L;对比实验,反应1.5小时结果如图2所示.结合试剂用量数据和实验结果可得到的结论和依据是Cu2O作光催化剂;3Cu2O-Cr2O72-,计算9.60×10-4×3×69.5%=2.00×10-3>1.74×10-4mol/L;实验可以看到只有氧化亚铜和只有光照时,Cr2O72-的转化率很低,说明反应条件是光照条件下和Cu2O同时存在;.
(3)溶液的pH对Cr2O72-降解率的影响如3图所示.
已知:Cu2OCu+CuSO4;酸性越大,Cr2O72-被还原率越大.
①由图3可知,pH分别为2、3、4时,Cr2O72-的降解率最好的是pH=3,其原因是pH<2.5时Cu2O会歧化(转化)为Cu 和Cu2+,所以不选pH=2;酸性越大,Cr2O72-被还原率越大,pH=3酸性强于pH=4的溶液,所以选择pH=3.
②已知pH=5时,会产生Cr(OH)3沉淀.pH=5时,Cr2O72-的降解率低的原因是pH=5时,会产生Cr(OH)3沉淀,沉淀覆盖在催化剂Cu2O表面,影响反应继续进行.
10.为探究FeCl3溶液中的离子平衡和离子反应,某小组同学进行了如下实验.
(1)配制50mL 1.0mol•L-1的FeCl3溶液,测其pH约为0.7,即c(H+)=0.2mol•L-1
①用化学用语解释FeCl3溶液呈酸性的原因:Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+
②下列实验方案中,能使FeCl3溶液pH升高的是acd(填字母序号).
a.加水稀释               b.加入FeCl3固体  c.滴加浓KSCN溶液       d.加入NaHCO3固体
(2)小组同学利用上述FeCl3溶液探究其与足量锌粉的反应.实验操作及现象如表:
操作现象
向反应瓶中加入6.5g锌粉,然后加入50mL 1.0mol•L-1的FeCl3溶液,搅拌溶液温度迅速上升,稍后出现红褐色沉淀,同时出现少量气泡;反应一段时间后静置,上层溶液为浅绿色,反应瓶底部有黑色固体
收集检验反应过程中产生的气体集气管口靠近火焰,有爆鸣声
已知:Zn的性质与Al相似,能发生反应:Zn+2NaOH═Na2ZnO2+H2
①结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因:溶液温度升高,反应过程中出现H2使溶液中c(H+)降低,都会促进Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+正向移动,出现红褐色Fe(OH)3沉淀.
②用离子方程式解释反应后溶液为浅绿色的原因:2Fe3++Zn═2Fe2++Zn2+
③分离出黑色固体,经下列实验证实了其中含有的主要物质.
i.黑色固体可以被磁铁吸引;
ii.向黑色固体中加入足量的NaOH溶液,产生气泡;
iii.将ii中剩余固体用蒸馏水洗涤后,加入稀盐酸,产生大量气泡;
iv.向iii反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无变化.
a.黑色固体中一定含有的物质是Fe和Zn.
b.小组同学认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有Fe3O4,理由是iii中,若存在Fe3O4,稀盐酸与Fe3O4反应产生的Fe3+可与Fe继续反应生成Fe2+,导致在iv中检测不到Fe3+,与没有Fe3O4得到的iv中现象相同.
(3)为进一步探究上述1.0mol•L-1FeCl3溶液中Fe3+和H+氧化性的相对强弱,继续实验并观察到反应开始时现象如表:
操作现象
将5mL 1.0mol•L-1的FeCl3溶液与0.65g锌粉混合溶液温度迅速上升,开始时几乎没有气泡
将5 mL 0.2 mol•L-1(或pH=0.7)的盐酸与0.65g锌粉混合溶液中立即产生大量气泡
小组同学得出结论:在1.0mol•L-1FeCl3溶液中,Fe3+的氧化性比H+更强.
 0  160775  160783  160789  160793  160799  160801  160805  160811  160813  160819  160825  160829  160831  160835  160841  160843  160849  160853  160855  160859  160861  160865  160867  160869  160870  160871  160873  160874  160875  160877  160879  160883  160885  160889  160891  160895  160901  160903  160909  160913  160915  160919  160925  160931  160933  160939  160943  160945  160951  160955  160961  160969  203614 

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