Question

(14分) (1) 2009年，長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)上獲得新突破，原理如下圖所示。

①請寫出從C口通入O₂發(fā)生的電極反應(yīng)式___________________。

②以石墨電極電解飽和食鹽水，電解開始后在______________的周圍（填“陰極”或“陽極”）先出現(xiàn)紅色。假設(shè)電池的理論效率為80%（電池的理論效率是指電池產(chǎn)生的最大電能與電池反應(yīng)所釋放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇?xì)怏w，外電路通過的電子個數(shù)為__________________(保留兩位有效數(shù)字)。

(2)工業(yè)廢水中常含有Cu²⁺等重金屬離子，直接排放會造成污染，目前在工業(yè)廢水處理過程中，依據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的原理，常用FeS等難溶物質(zhì)作為沉淀劑除去這些離子。已知室溫下Ksp(FeS)=6.3×10^-18mol²•L^-2，Ksp(CuS)=1.3×10^-36mol²•L^-2。

請用離子方程式說明上述除雜的原理___________________________________________。

(3)工業(yè)上為了處理含有Cr₂O₇^2－的酸性工業(yè)廢水， 用綠礬（FeSO₄·7H₂O）把廢水中的六價鉻離子還原成三價鉻離子，再加入過量的石灰水，使鉻離子轉(zhuǎn)變?yōu)镃r(OH)₃沉淀。

①氧化還原過程的離子方程式為______________________________________________。

②常溫下，Cr(OH)₃的溶度積Ksp =1×10^—32 mol⁴•L^-4，溶液的pH至少為____，才能使Cr³⁺沉淀完全。

③現(xiàn)用上述方法處理100m³含鉻（＋6價）78mg•L^—1的廢水，需用綠礬的質(zhì)量為        kg。（保留主要計算過程）

 

Answer 1

【答案】

(14分) (1) ①O₂+4e^—+4H⁺=2H₂O(2分)

②陰極（1分）   5.8×10²³ （2分）

(2) FeS(s)+ Cu²⁺(aq)= CuS(s)+Fe²⁺(aq) （2分）

(3)①Cr₂O₇^2—＋6Fe²⁺＋14H⁺＝2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O（2分）

②5 （2分）

③Cr³⁺       ～  3 FeSO₄·7H₂O    (3分)

n(FeSO₄·7H₂O)=450mol     m(FeSO₄·7H₂O)= 450mol×278g•mol^—1=125.1kg

【解析】（1）①氧氣在反應(yīng)中得到電子，因此在正極通入。由于是質(zhì)子交換膜，所以正極的電極反應(yīng)式是O₂+4e^—+4H⁺=2H₂O。

②惰性電極電解飽和食鹽水時，陰極是氫離子放電生成氫氣，同時破壞陰極周圍水的電離平衡，所以陰極周圍溶液顯堿性，顯紅色。6.4g甲醇的物質(zhì)的量是0.2mol，反應(yīng)中失去0.2mol×6＝1.2mol電子。由于電池的理論效率為80%，所以外電路通過的電子個數(shù)為1.2mol×0.8×6.02×10²³/mol＝5.8×10²³。

（2）根據(jù)溶度積常數(shù)的大小可知，硫化銅的溶度積常數(shù)小于硫化亞鐵的，所以硫化亞鐵能轉(zhuǎn)化為更難溶的硫化銅，反應(yīng)的方程式是 FeS(s)+ Cu²⁺(aq)= CuS(s)+Fe²⁺(aq)。

（3）①Cr₂O₇^2－具有強(qiáng)氧化性，能氧化亞鐵離子，反應(yīng)的方程式是Cr₂O₇^2—＋6Fe²⁺＋14H⁺＝2Cr³⁺＋6Fe³⁺＋7H₂O。

②當(dāng)溶液中Cr³⁺濃度小于10^－5mol/L時，即可認(rèn)為完全沉淀。常溫下，Cr(OH)₃的溶度積Ksp =1×10^—32 mol⁴•L^-4，所以要使Cr³⁺完全沉淀，則溶液中OH^－濃度是，則溶液的pH＝5。

③根據(jù)反應(yīng)的方程式可知

Cr³⁺       ～  3 FeSO₄·7H₂O

則

所以n(FeSO₄·7H₂O)=450mol

因此m(FeSO₄·7H₂O)= 450mol×278g•mol^—1=125.1kg。